Структура ключевого фермента в круговороте азота наконец раскрыта

Исследователи из Радбодского университета и Институтов Макса Планка в Гейдельберге и Франкфурте определили молекулярную структуру фермента нитрит-оксидоредуктазы (NXR), который играет центральную роль в глобальном круговороте азота. Статья опубликована в Nature Microbiology.

Бактерии, такие как анаммокс-бактерия, используют фермент NXR для преобразования токсичного нитрита в нитрат. Этот процесс — ключевое звено в природном цикле азота. Значительное количество аммония (например, из удобрений) в почве превращается в нитрат, который легко вымывается в грунтовые и поверхностные воды, что является одной из причин негативного экологического воздействия избытка азота.

Сложная структура фермента

Профессор Майк Йеттен (Радбодский университет) отмечает, что, несмотря на важность фермента, о его работе было известно мало: на картирование молекулярной структуры NXR у анаммокс-бактерии ушло более десяти лет.

Томас Барейндс (Институт Макса Планка, Гейдельберг) поясняет, что NXR имеет сложную структуру и содержит неожиданные элементы. Исследователи обнаружили строительный блок, который заставляет белок объединяться в длинные нити, что даёт большее понимание того, как белки могут организовываться внутри клетки.

Применения: от очистки стоков до ракетного топлива

Знание устройства NXR открывает новые возможности для применения анаммокс-бактерии.

• Очистка сточных вод: Анаммокс-бактерия — единственный известный микроорганизм, способный преобразовывать вредный аммоний в безвредный газообразный азот без использования кислорода. Понимание работы NXR может помочь устранить узкие места в её медленном росте, что позволит использовать бактерию в более компактных и быстрых установках.
• Генерация энергии: Год назад микробиологи обнаружили, что бактерия может помочь генерировать электроэнергию из сточных вод, обходя фермент NXR.
• Производство ракетного топлива: Одна из целей — заставить анаммокс-бактерию в больших масштабах производить гидразин — компонент жидкого ракетного топлива. Для этого потребуется научиться ещё эффективнее обходить фермент NXR, чтобы бактерия меньше росла и больше синтезировала целевой побочный продукт.