แบคทีเรีย Methanotrophic ใช้ก๊าซมีเทน 30 ล้านเมตริกตันต่อปีและทำให้นักวิจัยหลงใหลในความสามารถตามธรรมชาติของพวกมันในการเปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพให้เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้ แต่เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้น โดยจำกัดความสามารถของเราในการใช้ประโยชน์จากผลประโยชน์สองเท่าเพื่อประโยชน์ของเรา
จากการศึกษาเอ็นไซม์
ที่แบคทีเรียใช้ในการกระตุ้นปฏิกิริยา ทีมงานจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์นได้ค้นพบโครงสร้างสำคัญที่อาจขับเคลื่อนกระบวนการนี้
ในที่สุดการค้นพบของพวกเขาอาจนำไปสู่การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเปลี่ยนก๊าซมีเทนเป็นเมทานอล
“มีเทนมีพันธะที่แข็งแรงมาก ดังนั้นจึงค่อนข้างน่าทึ่งที่มีเอ็นไซม์ที่สามารถทำเช่นนี้ได้” Amy Rosenzweig จาก Northwestern ผู้เขียนบทความกล่าว “หากเราไม่เข้าใจแน่ชัดว่าเอนไซม์ทำหน้าที่ทางเคมีที่ยากนี้ได้อย่างไร เราจะไม่สามารถออกแบบและปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเทคโนโลยีชีวภาพได้”
เอนไซม์ที่เรียกว่าอนุภาคมีเทนโมโนออกซีเจเนส (pMMO) เป็นโปรตีนที่ศึกษาได้ยากเป็นพิเศษ เพราะมันฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรีย
โดยปกติ
เมื่อนักวิจัยศึกษาแบคทีเรีย methanotrophic เหล่านี้ พวกเขาใช้กระบวนการที่รุนแรงซึ่งโปรตีนถูกฉีกออกจากเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้สารละลายผงซักฟอก แม้ว่าขั้นตอนนี้จะสามารถแยกเอนไซม์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังฆ่าการทำงานของเอนไซม์ทั้งหมด และจำกัดจำนวนข้อมูลที่นักวิจัยสามารถรวบรวมได้ เช่น การเฝ้าติดตามหัวใจโดยไม่ใช้การเต้นของหัวใจ
เพิ่มเติม: ตู้จำหน่ายสินค้าอัตโนมัตินี้เติมผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด—การเติมพลาสติกและประหยัดเงิน
ในการศึกษานี้ ทีมงานได้ใช้เทคนิคใหม่ทั้งหมด คริสโตเฟอร์ คู ผู้เขียนคนแรกและปริญญาเอก ผู้สมัครในห้องทดลองของ Rosenzweig สงสัยว่าการใส่เอ็นไซม์กลับเข้าไปในเมมเบรนที่คล้ายกับสภาพแวดล้อมดั้งเดิม พวกเขาสามารถเรียนรู้สิ่งใหม่ได้หรือไม่ Koo ใช้ไขมันจากแบคทีเรียเพื่อสร้างเมมเบรนภายในอนุภาคป้องกันที่เรียกว่านาโนดิสก์ จากนั้นจึงฝังเอ็นไซม์เข้าไปในเมมเบรนนั้น
“ด้วยการสร้างสภาพแวดล้อมดั้งเดิมของเอนไซม์ภายใน nanodisc เราสามารถฟื้นฟูกิจกรรมของเอนไซม์ได้” Koo กล่าว “จากนั้น เราก็สามารถใช้เทคนิคเชิงโครงสร้างเพื่อกำหนดระดับอะตอมว่า lipid bilayer ช่วยฟื้นฟูกิจกรรมได้อย่างไร ในการทำเช่นนั้น เราค้นพบการจัดเรียงที่สมบูรณ์ของไซต์ทองแดงในเอนไซม์ที่อาจเกิดออกซิเดชันของก๊าซมีเทน”
นักวิจัยได้ใช้กล้อง
จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (cryo-EM) ซึ่งเป็นเทคนิคที่เหมาะสมกับโปรตีนเมมเบรนเนื่องจากสภาพแวดล้อมของเยื่อหุ้มไขมันไม่ถูกรบกวนตลอดการทดลอง ซึ่งช่วยให้พวกเขาเห็นภาพโครงสร้างอะตอมของเอ็นไซม์ที่ทำงานด้วยความละเอียดสูงเป็นครั้งแรก
มากกว่า: รางวัล BeyondPlastic สำหรับบรรจุภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรม: ถุงที่ละลายเมื่อต้มและหลอดยาสีฟันที่ยั่งยืน
“ผลที่ตามมาของ ‘การปฏิวัติความละเอียด’ ล่าสุดใน cryo-EM เราสามารถเห็นโครงสร้างในรายละเอียดอะตอมได้” Rosenzweig กล่าว “สิ่งที่เราเห็นได้เปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับไซต์ที่ทำงานของเอนไซม์นี้โดยสิ้นเชิง”
Rosenzweig กล่าวว่าโครงสร้าง cryo-EM เป็นจุดเริ่มต้นใหม่ในการตอบคำถามที่ยังคงดำเนินต่อไป มีเทนเดินทางไปยังบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ได้อย่างไร? หรือเมทานอลเดินทางออกจากเอนไซม์? ทองแดงในบริเวณแอกทีฟไซต์ทำปฏิกิริยาเคมีอย่างไร? ต่อไป ทีมงานวางแผนที่จะศึกษาเอ็นไซม์โดยตรงภายในเซลล์แบคทีเรียโดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพระดับแนวหน้าที่เรียกว่า cryo-electron tomography (cryo-ET)
ที่เกี่ยวข้อง
นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ต่อสู้กับพลาสติกในมหาสมุทรด้วยรองเท้าแตะที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ทำจากสาหร่าย
หากประสบความสำเร็จ นักวิจัยจะสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าเอ็นไซม์ถูกจัดเรียงอย่างไรในเยื่อหุ้มเซลล์ กำหนดวิธีการทำงานของเอ็นไซม์ในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติที่แท้จริง และเรียนรู้ว่าโปรตีนอื่นๆ รอบ ๆ เอ็นไซม์มีปฏิกิริยากับเอ็นไซม์หรือไม่ การค้นพบนี้จะเป็นจุดเชื่อมโยงที่สำคัญที่ขาดหายไปให้กับวิศวกร
Credit : สล็อตเว็บตรง แตกง่าย
