Как бактерия живёт на метаноле

Исследователи из ETH Zurich определили все гены, необходимые бактерии Methylobacterium extorquens для использования метанола в качестве источника пищи. Результаты помогут учёным продвинуть использование этого ресурса в биотехнологии.

Хотя для химиков превращение малых молекул в большие — сложная задача, некоторые бактерии давно научились этому. Methylobacterium extorquens использует метанол как источник углерода для создания энергоносителей и клеточного материала. Команда под руководством профессора микробиологии Юлии Форхольт определила все гены, необходимые для жизни на метаноле.

Бактерии используют растительный продукт отходов

«Листья растений — естественный источник метанола, который образуется как побочный продукт при биосинтезе клеточной стенки растений», — объясняет Форхольт. Эта бактерия может использовать либо более крупные молекулы (например, карбоновые кислоты), либо метанол, в зависимости от доступности.

Учёные выяснили, что Methylobacterium extorquens имеет почти 150 генов, которые ей нужны специально для роста на метаноле. Из них 95 ранее не были известны.

Метод поиска генов

Для поиска этих генов группа Форхольт совместно с группой профессора Беата Кристена создала около миллиона бактериальных мутантов. Их помещали в питательную среду с метанолом и в обычную среду с янтарной кислотой. Искали мутантов, которые нормально росли в обычной среде, но плохо или совсем не росли на метаноле. Это позволило определить, когда были повреждены конкретные гены, необходимые для использования метанола.

«Метод позволил нам определить, нужен ли любой данный ген бактерии для метанол-зависимого роста или нет. В конечном итоге это позволило идентифицировать все необходимые гены», — объясняет Андреа Окснер, докторант в группе Форхольт и первый автор исследования, опубликованного в журнале Current Biology.

Сигнал для переключения на «метанольный режим»

Исследователей особенно удивил один из обнаруженных генов. Он был ранее известен у растений и бактерий, метаболизирующих CO₂ из воздуха, но Methylobacterium extorquens этого не делает. Ген кодирует фермент, производящий сахар, критический для использования CO₂.

Учёные показали, что Methylobacterium extorquens также способна производить этот сахар при контакте с метанолом. Однако, в отличие от растений, бактерия не использует этот сахар как строительный материал. Учёные полагают, что он используется в качестве сигнала для переключения на потребление метанола.

Новые возможности для биотехнологии

Изучение генетики Methylobacterium extorquens ценно для биотехнологии. Эта бактерия уже используется в исследовательских лабораториях для производства сложных молекул. Новые результаты могут помочь учёным модифицировать бактерию для получения желаемых молекул в больших количествах.

Поскольку теперь идентифицированы все гены, релевантные для роста на метаноле, возможно, также ввести эти гены в другие микроорганизмы, позволив им использовать метанол. Это откроет различные биотехнические применения для этого ресурса в будущем.