Археи научились добывать метан из нефти без использования кислорода

Немецкие и нидерландские ученые обнаружили микроорганизм, который способен превращать длинноцепочечные алканы в составе нефти в метан в анаэробных условиях (без доступа кислорода), сообщается в mBio. Архея, получившая название Methanoliparia, встречается в океанических нефтяных месторождениях по всему миру и может играть важную роль в образовании газа из длинноцепочечных углеводородов.

Бактерии, археи и некоторые грибы способны перерабатывать такие соединения, которые животные не могут использовать (а если и могут, то чаще всего за счет микроорганизмов-симбионтов). В частности, некоторые прокариоты (организмы без ядра) могут разлагать алканы с двумя и более атомами углерода до метана, молекула которого содержит всего один атом углерода. Но чаще всего для этого требуется кислород, то есть аэробные условия.

Тем не менее, существуют микроорганизмы, которые в состоянии разрушать алканы анаэробно. Некоторые из них разлагают бутан — алкан с четырьмя атомами углерода в молекуле. Следы их деятельности хорошо заметны во многих точках, где под морским дном расположены залежи нефти. Исследователи из Института морской микробиологии Общества Макса Планка, Центра исследования экологии моря MARUM и Вагенингенского университета под руководством Гюнтера Вегенера (Gunter Wegener), которые тремя годами ранее открыли анаэробное окисление бутана, отправили аппараты для сбора проб к местам выхода нефти в Мексиканском заливе на глубине около трех километров.

Аппараты подняли некоторое количество нефти, в которой биологи проанализировали метагеном — совокупность ДНК, которая находится в конкретном образце окружающей среды. Ученые искали гены ферментов, которые делают возможным окисление алканов, и определяли, какие еще гены ассоциированы с ними, чтобы выявить систематическое положение микроорганизмов — окислителей нефти.

Выяснилось, что таких организмов несколько — как минимум три. Двое из них, археи Argoarchaeum и Syntrophoarchaeum, вступают в симбиоз с бактериями, чтобы перерабатывать этан и короткоцепочечные алканы. Третий, Methanoliparia, расщепляет длинноцепочечные алканы, по-видимому, без участия других микроорганизмов. Судя по имеющимся у него генам соответствующих ферментов, он делает это анаэробно: происходит реакция диспропорционирования, на выходе образуются метан и углекислый газ.

Анализ ДНК-библиотек показал, что Methanoliparia широко распространена по всему миру и ее гены находили пока только в местах скопления нефти. Вероятно, этот микроорганизм играет важную роль в получении газа из нефти в океанах. Пока Methanoliparia не удалось вырастить в лаборатории, однако это типичная ситуация: далеко не все микроорганизмы поддаются культивации, а чистые культуры одной разновидности архей, например, удалось получить и вовсе через 12 лет работы.

Первый автор исследования, Рафаэль Ласо-Перез (Rafael Laso-Pérez), отмечает, что культивирование Methanoliparia — одна из важнейших задач коллектива. Изучение клеток (а не только генома) этого организма позволит выявить ряд особенностей его физиологии, в частности понять, можно ли обратить процесс превращения нефти в метан и углекислый газ. Если это окажется возможным, проблема увеличения концентрации парниковых газов будет частично решена, так как метан и углекислый газ — одни из наиболее распространенных членов данной группы.

Археи — удивительная группа прокариот. Ее представители способны жить в самых суровых и необычных условиях от экстремально горячих гидротермальных источников до антарктических льдов. Свежие данные показывают, что клетки ряда асгардархей обладают множеством выростов и цитоскелетом. Данные признаки считают отличительными чертами эукариот. Это свидетельство в пользу гипотезы, что основой первой эукариотической клетки была архея, которая охватила своими выростами несколько предков митохондрий, тем самым оградив их от внешней среды и создав систему внутриклеточных полостей (это еще одна уникальная для эукариот черта).

Светлана Ястребова