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Jul 28, 2023

A cura dell'Istituto Max Planck per la microbiologia marina, 5 giugno 2023

Gli scienziati dell'Istituto Max Planck per la microbiologia marina hanno scoperto che il Methanothermococcus termolitotrofico, un metanogeno precedentemente ritenuto incapace di convertire il solfato in solfuro a causa degli elevati costi energetici del processo e dei sottoprodotti dannosi, può infatti crescere sul solfato. I ricercatori hanno scoperto cinque geni che codificano per enzimi associati alla riduzione del solfato nel genoma del metanogeno e, caratterizzando questi enzimi, hanno assemblato il primo percorso di assimilazione del solfato da un metanogeno.

Come un microbo metanogeno riassembla pezzo per pezzo un percorso metabolico per trasformare il solfato in un elemento costitutivo cellulare.

I ricercatori hanno scoperto che il metanogeno Methanothermococcus termolitotrofico può convertire il solfato in solfuro, sfidando le ipotesi precedenti. Identificando un percorso unico di assimilazione del solfato in questo metanogeno, i risultati aprono la possibilità di una produzione di biogas più sicura ed economica attraverso l'ingegneria genetica.

Lo zolfo è un elemento fondamentale della vita e tutti gli organismi ne hanno bisogno per sintetizzare i materiali cellulari. Gli organismi autotrofi, come piante e alghe, acquisiscono zolfo convertendo il solfato in solfuro, che può essere incorporato nella biomassa. Tuttavia, questo processo richiede molta energia e produce intermedi e sottoprodotti dannosi che devono essere immediatamente trasformati. Di conseguenza, in precedenza si credeva che i microbi noti come metanogeni, che di solito sono a corto di energia, non sarebbero stati in grado di convertire il solfato in solfuro. Pertanto, si è ipotizzato che questi microbi, che producono metà del metano mondiale, facciano affidamento su altre forme di zolfo, come il solfuro.

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"}]"> specie? Questo organismo utilizza trucchi chimici o una strategia ancora sconosciuta per consentire l'assimilazione dei solfati? Marion Jespersen e Tristan Wagner dell'Istituto Max Planck per la microbiologia marina hanno ora trovato le risposte a queste domande e le hanno pubblicate sulla rivista Nature Microbiology.

La dottoranda Marion Jespersen lavora su un fermentatore in cui il M. thermolithotropicus cresce esclusivamente su solfato come fonte di zolfo. Credito: Tristan Wagner / Istituto Max Planck per la microbiologia marina

La prima sfida affrontata dai ricercatori è stata quella di far crescere il microbo sulla nuova fonte di zolfo. "Quando ho iniziato il mio dottorato, dovevo davvero convincere il M. termolitotrofico a mangiare solfato invece di solfuro", dice Marion Jespersen. "Ma dopo aver ottimizzato il terreno, Methanothermococcus è diventato un professionista nella coltivazione sul solfato, con densità cellulari paragonabili a quelle della coltivazione sul solfuro."

"Le cose sono diventate davvero entusiasmanti quando abbiamo misurato la scomparsa del solfato man mano che l'organismo cresceva. Questo è stato il momento in cui abbiamo potuto davvero dimostrare che il metanogeno converte questo substrato." Ciò ha consentito ai ricercatori di coltivare in modo sicuro M. thermolithotropicus in bioreattori su larga scala, poiché non dipendevano più dal gas tossico ed esplosivo di idrogeno solforato per la crescita. "Ci ha fornito biomassa sufficiente per studiare questo affascinante organismo", spiega Jespersen. Ora i ricercatori erano pronti a scavare nei dettagli dei processi sottostanti.