Una nueva comprensión de cómo un importante microorganismo productor de metano crea metano y dióxido de carbono podría eventualmente permitir a los investigadores manipular la cantidad de estos importantes gases de efecto invernadero que escapan a la atmósfera. Un nuevo estudio realizado por investigadores de Penn State propone una vía bioquímica actualizada que explica cómo el microorganismo usa el hierro para capturar energía de manera más eficiente cuando produce metano. El estudio aparece en línea en la revista. Avances de la ciencia .

"El microorganismo Methanosarcina acetivorans es un metanógeno que juega un papel importante en el ciclo del carbono, mediante el cual el material vegetal muerto se recicla de nuevo en dióxido de carbono que luego genera nuevo material vegetal mediante la fotosíntesis, "dijo James Ferry, Profesor Stanley Person de Bioquímica y Biología Molecular en Penn State, quien dirigió el equipo de investigación. "Los metanógenos producen alrededor de mil millones de toneladas métricas de metano al año, que juega un papel fundamental en el cambio climático. Comprender el proceso por el cual este microorganismo produce metano es importante para predecir el cambio climático futuro y para manipular potencialmente la cantidad de este gas de efecto invernadero que libera el organismo ".

Methanosarcina acetivorans, que se encuentra en entornos como el fondo del océano y los arrozales, donde ayuda a descomponer el material vegetal muerto, convierte el ácido acético en metano y dióxido de carbono. Antes de este estudio, sin embargo, los investigadores no estaban seguros de cómo el microorganismo tenía suficiente energía para sobrevivir en los ambientes anaeróbicos libres de oxígeno donde vive. Los investigadores determinaron que una forma oxidada de hierro llamada "hierro tres, "esencialmente óxido, permite que el microorganismo funcione de manera más eficiente, usando más ácido acético, creando más metano, y crear más ATP, una sustancia química que proporciona energía para las reacciones biológicas esenciales para el crecimiento.

"La mayoría de los organismos, como los humanos, utilizan un proceso llamado respiración para crear ATP, pero esto requiere oxigeno, "dijo Ferry." Cuando no hay oxígeno, muchos organismos, en cambio, utilizan un proceso menos eficiente llamado fermentación para crear ATP, como los procesos utilizados por la levadura en la producción de vino y cerveza. Pero la presencia de hierro permite a M. acetivorans utilizar la respiración incluso en ausencia de oxígeno ".

Los hallazgos permitieron a los investigadores actualizar la vía biológica por la cual M. acetivorans convierte el ácido acético en metano. que ahora incluye la respiración. Caminos como este implican muchos pasos intermedios, durante el cual la energía se pierde a menudo en forma de calor. Los investigadores también determinaron que en presencia de hierro, La pérdida de energía en este microorganismo se reduce debido a un proceso recientemente descubierto llamado bifurcación de electrones.

"La bifurcación de electrones toma uno de esos pasos que tiene el potencial de una enorme pérdida de calor y recolecta esa energía en forma de ATP en lugar de calor, ", dijo Ferry." Esto hace que el proceso sea más eficiente ".

Esta vía actualizada podría permitir a los investigadores predecir la cantidad de metano que el microorganismo liberará a la atmósfera.

"Los arrozales, una fuente importante de metano en la atmósfera, contienen plantas de arroz en descomposición sumergidas en agua que finalmente son procesadas por M. acetivorans. Si medimos la cantidad de hierro tres presente en los arrozales, podemos predecir cuánto metano liberarán los microorganismos, lo que puede mejorar nuestros modelos de cambio climático ".

En ausencia de hierro, el microorganismo produce cantidades aproximadamente iguales de metano y dióxido de carbono a partir del ácido acético. Pero con cantidades crecientes de hierro, produce más dióxido de carbono en relación con el metano, por lo que proporcionar al organismo hierro adicional podría alterar las cantidades relativas de estos gases de efecto invernadero que se producen.

"El metano es 30 veces más potente como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono, lo que lo hace más problemático en términos del calentamiento de nuestro planeta, ", dijo Ferry." Ahora que entendemos mejor esta vía bioquímica, vemos que podemos usar hierro para alterar las proporciones de los gases que se producen. En el futuro, incluso podríamos ir más allá e inhibir la producción de metano por parte de este microorganismo.

"Además de las aplicaciones prácticas, esta es una gran adición a la comprensión de la biología del mundo anaeróbico en gran parte invisible pero enormemente importante ".