Нефтегазовые микробы

Все новости ›

Некоторые микробы-археи умеют самостоятельно перерабатывать нефтяные углеводороды в метан.

Наверно, нет такой органики, которую микробы не могли съесть, хотя иногда им приходится для этого звать кого-нибудь на помощь. Например, есть бактерии, расщепляющие нефтяные углеводороды-алканы — большие молекулы с длинной цепочкой из углеродных атомов, к которым присоединены атомы водорода. Но в месторождениях нефти, где живут такие бактерии, нет кислорода. Поэтому, когда они расщепляют углеводороды, они останавливаются на промежуточном соединении — уксусной кислоте; попутно ещё образуется водород Н2. Если бы вокруг был кислород, уксусную кислоту можно было бы переработать дальше, разрушить её химические связи и высвободившуюся энергию запасти в виде АТФ — высокоэнергетической молекулы, которую используют едва ли не все живые клетки на земле.

Нефтеперерабатывающие археи Candidatus Methanoliparia (зелёные) и редкие бактерии в нефтяной питательной среде. (Фото: Zhou et al., Nature, 2021)

Но кислорода в подземной нефти нет, а накапливающаяся уксусная кислота может сильно испортить жизнь. И тут нефтепоедающим бактериям приходят на помощь археи — тоже микробы, но из другого домена жизни. Одни археи поглощают уксусную кислоту и превращают её в углекислый газ и метан, другие подхватывают этот углекислый газ и водород, образовавшийся при бактериальном расщеплении нефтяных углеводородов, и превращают их в метан и воду. Любая живая клетка получает энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, и некоторые группы архей научились выполнять эти реакции с водородом, углекислым газом и некоторыми органическими веществами, вроде уксусной кислоты. Поскольку в качестве побочного продукта получается метан, такие археи назвали метаногенами.

То есть нефть поедают трое микробов-сотрапезников: бактерии, перерабатывающие очень большие углеводороды в очень маленькую уксусную кислоту и водород, и две разновидности архей, которые освоили особые окислительно-восстановительные реакции. Если бы какая-нибудь архея научилась иметь дело с большими органическими молекулами, она могла бы всё это делать сама. Но до сих пор считалось, что археи-метаногены способны работать только с ограниченным набором маленьких органических молекул.

Однако со временем стали появляться данные, указывавшие на то, что на свете естьархеи-метаногены, способные «в одно лицо» расщеплять нефтяные углеводороды и, вероятно, длинные жирные кислоты. Два года назад мы писали, что их обнаружили на дне Мексиканского залива. Их назвали Candidatus Methanoliparia — нужно уточнить, что это название не какого-то одного вида, а группы архей, объединённых одинаковыми биохимическими свойствами. Поскольку они требуют особых условий, изучать их в лаборатории очень непросто. Тем не менее, сотрудники одного из институтов Министерства сельского хозяйства и природопользования Китая, Китайской нефтяной и химической корпорации SINOPEC и Института микробиологии моря Общества Макса Планка научились их выращивать. Археи, взятые из нефтяного месторождения Шэнли, жили в лаборатории при температуре от 35 °C до 65 °C без кислорода и вообще каких-либо неорганических веществ, которые могли бы участвовать в окислительно-восстановительных реакциях. В результате, как говорится в статье в Nature, все длинные углеводороды-алканы из нефтяной питательной смеси исчезли, а взамен появилось много метана.

В микробном сообществе нефтяного месторождения были не только археи, но и нефтеперерабатывающие бактерии, и возникает вопрос, может быть, эти бактерии приняли самое активное участие в превращении нефти в метан. Однако исследователи несколько раз пересаживали микробов в новую питательную среду, и в конце концов уровень бактерий снизился менее чем до 0,1% от всех микроорганизмов, а вот нефтеперерабатывающих архей-«индивидуалистов» Candidatus Methanoliparia стабильно оставалось около 40%, и расщепление углеводородов продолжалось со стабильной интенсивностью.

Клетки Candidatus Methanoliparia не связывают себя с клетками других микробов, и их гены не колируют никаких ферментов и вообще белков, которые нужны, чтобы объединять биохимические реакции и транспорт электронов с микробами коллегами — что лишний раз доказывает, что Candidatus Methanoliparia способны всю «нефтегазовую» биохимию выполнять сами. При этом, с одной стороны, они уместили в себе те биохимические реакции, которые нефтеперерабатывающие бактерии и дружественные им археи выполняют порознь. С другой стороны, расщепление длинных алканов начинается у Candidatus Methanoliparia с помощью фермента, который до сих пор видели у других архей — они перерабатывают короткие алканы и не производят метан. То есть метаногенные археи, имеющие дело с длинными углеводородами, научились использовать биохимические инструменты, свойственные неметаногенным археям, питающимся короткими углеводородами. Причём инструмент для коротких алканов Candidatus Methanoliparia используют только для переработки длинных — если им в питательную среду дать небольшие углеводороды, Candidatus Methanoliparia их не тронут. Всё это лишний раз иллюстрирует, насколько изобретательными и пластичными в смысле метаболизма могут быть археи с бактериями.

Нельзя сказать, что в биохимии Candidatus Methanoliparia всё ясно, но, по крайней мере, их стало возможным выращивать в лаборатории, а значит, изучать их теперь будет проще. Может быть, их смогут приспособить для ликвидации экологических загрязнений, вроде нефтяных разливов, а может быть, они найдут применение в нефтеперерабатывающей промышленности, если только их использование окажется экономически оправданным.

26 декабря 2021

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Читайте также:

Бактерии учатся есть пластик по всему миру

Бактерии учатся есть пластик по всему мируУ бактерий есть более тридцати тысяч белков, потенциально способных разлагать десять видов пластмасс.

Читать целиком

Случайная статья

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки