En av bioreaktorerna som Kartal och hans kollegor använde för att odla celler av K. stuttgartiensis i labbet. Anammox-bakterier är packade med hem-innehållande proteiner, inklusive enzymerna som utför nyckelreaktionerna i anammoxprocessen, gör cellerna anmärkningsvärt röda. Kredit:Boran Kartal
Kväve är en viktig del av livet. Till exempel, det krävs för produktion av proteiner. Boran Kartal, chef för gruppen mikrobiell fysiologi vid Max Planck-institutet för marin mikrobiologi i Bremen, studerar kvävecirkulerande mikroorganismer, som kontrollerar biotillgängligheten för denna livsviktiga resurs. En särskilt intressant del av kvävecykeln är anammoxprocessen, förkortning för anaerob ammoniumoxidation. Här, nitrit eller kväveoxid och ammonium omvandlas direkt till dikvävegas. Nu upptäckte Kartal och hans kollegor ett protein som är involverat i anammoxprocessen som kan ha några överraskningar. Deras resultat publiceras i novembernumret av Journal of Biological Chemistry .
För ovanligt för att uppmärksammas hittills
Detta protein, en hem-innehållande cytokrom, är involverad i omvandlingen av ammonium och kväveoxid till hydrazin. "Hemproteiner har djupgående funktioner i livet, som hemoglobin i vårt blod som transporterar syre. Heme-strukturer i allmänhet liknar ett spindelnät med en järnatom i mitten. Genom hela livets träd, vi kan känna igen var detta spindelnät binder till resten av ett protein från ett mönster som vanligtvis bildas av fem aminosyror, Kartal förklarar. proteinet vi upptäckte har en mycket ovanlig och oväntad struktur. Det bildar detta mönster med endast fyra aminosyror, och har därför förbisetts i studier fram till nu."
Minskning av klimataktiva gaser
Det nya proteinet är mitt i en mycket spännande och relevant process. Anammox-bakterier producerar endast atmosfäriskt kväve (N2) från nitrit eller kväveoxid (NO) och ammonium, som Kartal tidigare visat. Till skillnad från många mikroorganismer, de omvandlar inte kväveoxid till växthusgasen dikväveoxid (N 2 O). Följaktligen, varje molekyl av NO som omvandlas till N 2 istället för N 2 O är en molekyl mindre som bidrar till klimatförändringen. Anammox-bakterier minskar mängden NO tillgängligt för N 2 O produktion, och därför, mängden frigjord växthusgas.
Ett förvånansvärt vanligt mönster
Denna relevans i åtanke, Kartal och hans kollegor genomförde en databassökning för att undersöka hur utbredda proteiner med det nyupptäckta mönstret är i naturen. "Anmärkningsvärt nog, detta mönster är mycket vanligt, " säger Kartal. Proteiner med mönstret med fyra aminosyror finns i en mängd olika mikroorganismer i hela bakterie- och arkealdomänerna. "Det finns i många olika grupper av mikroorganismer som metanotrofer, som lever på metan, och metallnedbrytare, "Kartal fortsätter.
Den fulla potentialen hos proteiner med fyra aminosyror är helt outforskad. "I anammox-bakterierna, det finns i ett protein som transporterar elektroner." Kartal säger, "I andra organismer kan det här mönstret ge speciella egenskaper till proteinerna det är i. Detta är definitivt något att undersöka vidare."
