En oväntad upptäckt har gett forskarna en större förståelse för ett viktigt metanproducerande enzym.

Ett team av forskare vid Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) vid University of Illinois i Urbana-Champaign publicerade en artikel i eLife som beskrev deras fynd om ett enzym som kallas metyl-koenzym M-reduktas, eller MCR.

Deras fynd kullkastar det som tidigare ansågs vara sant inom området:att en uppsättning unika modifieringar som finns i MCR var avgörande för hur enzymet fungerar.

De upptäckte att dessa ändringar i själva verket inte var nödvändiga, ett fynd som kommer att föra forskare ett steg närmare att helt förstå detta enzym, som spelar en viktig roll i metanproduktionen och kolets kretslopp.

Metan är en viktig växthusgas som bidrar till cirka 20 procent av växthuseffekten, som bidrar till jordens uppvärmning.

Metan kommer från både geologiska källor och biologiska källor, inklusive från en grupp mikroorganismer som kallas metanogener. Dessa mikroskopiska organismer, som är medlem i domänen Archaea, producera metan som en biprodukt av deras ämnesomsättning. Gigatons metan produceras av metanogener varje år.

Metanogener har enzymet MCR, som är det enda enzymet som gör metan. Det är avgörande för både produktion och konsumtion av metan.

"Detta är ett oerhört viktigt enzym, " sa professorn i molekylär och cellulär biologi William Metcalf, medförfattare till uppsatsen och ledare för IGB:s Mining Microbial Genomes (MMG) tema. "Jag skulle hävda att det är ett av de viktigaste enzymerna på jorden för kolcykeln."

MCR har också några ovanliga egenskaper. Till skillnad från de flesta enzymer, MCR har en rad modifieringar som förändrar enzymets aminosyror. Dessa modifieringar ansågs tidigare ha varit väsentliga för enzymets funktioner.

Före nu, det har varit omöjligt att göra en genetisk analys av dessa enzymer – vilket skulle innefatta att ta bort dessa modifieringar och titta på hur enzymet fungerar utan dem.

"Man trodde att om du gjorde det, enzymet skulle inte fungera, " Sa Metcalf. "Eftersom det enzymet krävs för livsduglighet hos organismen, det ansågs vara en viktig gen."

Men Douglas Mitchell, en professor i kemi och fakultetsmedlem i IGB:s MMG-tema, trodde annat. Han och hans forskningslaboratorium hade studerat en klass av molekyler som hade en av de modifikationer som också finns i MCR. De kom på hur denna modifiering gjordes och förutspådde att samma enzymatiska maskineri som användes för att modifiera MCR i metanogener var samma maskineri som användes för att tillverka antibiotika och bakterier.

Dock, deras labb hade en begränsning, enligt Nilkamal Mahanta, en postdoktor i Mitchells labb som var involverad i forskningen. Deras labb var begränsad i sin förmåga att utföra den typ av experiment som behövdes för att se om detta var sant. De organismer de ville studera existerar bara i anaeroba miljöer, som inte innehåller syre.

IGB Fellow Nayak hade nyligen utvecklat ett nytt genetiskt verktyg som kunde manipulera denna typ av organism. Hon använde detta verktyg för att studera de fysikaliska egenskaperna hos MCR och förstå hur det fungerar - och fann att modifieringen inte var väsentlig för enzymets funktion.

Detta kom som en överraskning för många inom detta forskningsfält, och till Metcalf och Nayak också.

"När jag startade det här projektet, Jag visste inte riktigt så mycket om vikten av dessa ändringar, " Sade Nayak . " När projektet gick framåt . . . Jag insåg effekten av upptäckten vi gjorde, att denna modifiering vi tyckte var viktig och involverad i att tillverka metan eller bryta ner metan, plötsligt spelade inte en så viktig roll som folk i litteraturen hade pratat om de senaste 10 eller 15 åren – kanske ännu längre, faktiskt."

Deras resultat tyder på att det finns mer att avslöja om detta enzym och den roll det spelar för att producera och konsumera metan.