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Jul 28, 2023

막스 플랑크 해양 미생물학 연구소 2023년 6월 5일

막스 플랑크 해양 미생물학 연구소의 과학자들은 이전에 공정의 높은 에너지 비용과 유해한 부산물로 인해 황산염을 황화물로 전환할 수 없다고 여겨졌던 메탄생성물질인 Methanothermococcus thermolithotrophicus가 실제로 황산염에서 자랄 수 있다는 사실을 발견했습니다. 연구진은 메탄생성물질의 게놈에서 황산염 감소 관련 효소를 암호화하는 5개의 유전자를 발견했으며, 이들 효소의 특성을 규명함으로써 메탄생성물질로부터 최초의 황산염 동화 경로를 구성했습니다.

메탄 생성 미생물이 황산염을 세포 구성 요소로 변환하기 위해 대사 경로를 하나씩 재조립하는 방법.

연구자들은 메탄생성물질인 Methanothermococcus thermolithotrophicus가 이전의 가정을 무시하고 황산염을 황화물로 전환시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이 메탄생성물질에서 독특한 황산염 동화 경로를 확인함으로써 이번 발견은 유전공학을 통해 더욱 안전하고 비용 효율적인 바이오가스 생산 가능성을 열어줍니다.

유황은 생명의 기본 요소이며 모든 유기체는 세포 물질을 합성하는 데 유황이 필요합니다. 식물 및 조류와 같은 독립영양생물은 황산염을 황화물로 전환하여 황을 획득하며, 이는 바이오매스에 포함될 수 있습니다. 그러나 이 공정에는 많은 에너지가 필요하고 즉시 변형되어야 하는 유해한 중간체와 부산물이 생성됩니다. 결과적으로, 이전에는 일반적으로 에너지가 부족한 메탄 생성균으로 알려진 미생물이 황산염을 황화물로 전환할 수 없을 것이라고 믿었습니다. 그러므로 세계 메탄의 절반을 생산하는 이들 미생물은 황화물과 같은 다른 형태의 황에 의존하는 것으로 추정되었습니다.

This dogma was broken in 1986 with the discovery of the methanogen Methanothermococcus thermolithotrophicus, growing on sulfate as the only sulfur source. How is this possible, considering the energetic costs and toxic intermediates? Why is it the only methanogen that seems to be capable of growing on this sulfur speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 종? 이 유기체는 황산염 동화를 허용하기 위해 화학적 트릭이나 아직 알려지지 않은 전략을 사용합니까? 막스 플랑크 해양 미생물학 연구소의 Marion Jespersen과 Tristan Wagner는 이제 이러한 질문에 대한 답을 찾아 Nature Microbiology 저널에 게재했습니다.

박사과정 학생인 Marion Jespersen은 M. thermolithotrophicus가 황산염만을 유황 공급원으로 사용하여 자라는 발효조에서 작업하고 있습니다. 출처: Tristan Wagner / 막스 플랑크 해양 미생물학 연구소

연구자들이 직면한 첫 번째 과제는 미생물이 새로운 황 공급원에서 자라도록 하는 것이었습니다. Marion Jespersen은 "박사 학위를 시작했을 때 M. thermolithotrophicus가 황화물 대신 황산염을 먹도록 설득해야 했습니다"라고 말했습니다. "그러나 배지를 최적화한 후, Methanothermococcus는 황산염에서 자라는 데 전문가가 되었으며, 세포 밀도는 황화물에서 자랄 때와 비슷했습니다."

"유기체가 성장함에 따라 황산염이 사라지는 것을 측정했을 때 상황이 정말 흥미로워졌습니다. 이때 우리는 메탄 생성 물질이 이 기질을 전환한다는 것을 실제로 증명할 수 있었습니다." 이를 통해 연구원들은 M. thermolithotrophicus를 대규모로 생물반응기에서 안전하게 재배할 수 있었습니다. M. thermolithotrophicus는 더 이상 성장을 위해 독성 및 폭발성 황화수소 가스에 의존하지 않기 때문입니다. "그것은 우리에게 이 매혹적인 유기체를 연구하기에 충분한 바이오매스를 제공했습니다"라고 Jespersen은 설명합니다. 이제 연구자들은 기본 프로세스의 세부 사항을 파헤칠 준비가 되었습니다.