Новое исследование Университета Восточной Англии объясняет, как почвенные бактерии создают единственный известный науке фермент, способный уничтожить закись азота – газ, который способствует глобальному потеплению и разрушает озоновый слой Земли.
Наряду с двуокисью углерода (CO2) и метаном, оксид азота (N2O) вызывает парниковый эффект. Среди большинства людей он в основном известен как «веселящий газ» и в настоящее время вызывает серьезную обеспокоенность среди ученых, поэтому международное сообщество уделяет большое внимание сокращению его выбросов.
Существует немалая надежда, что результаты, опубликованные сегодня в журнале Chemical Science, помогут проложить путь к новым стратегиям смягчения разрушительного воздействия этого изменяющего климат газа.
Влияние N2O на глобальное потепление в 300 раз выше, чем у CO2, и он способен оставаться в атмосфере около 120 лет, где на его долю приходится около девяти процентов всего газа, образующего парниковый эффект.
К тому же он разрушает озоновый слой с такой же скоростью и силой, что и ныне запрещенные хлорфторуглероды (ХФУ).
Атмосферные уровни N2O растут из года в год, поскольку микроорганизмы расщепляют синтетические азотные удобрения, которые регулярно вносятся в сельскохозяйственную почву, чтобы удовлетворить потребности в продовольствии постоянно растущего населения планеты.
Профессор Ник Ле Брун из Химической школы Университета Восточной Англии сообщил следующее: «Хорошо известно, что некоторые бактерии могут “дышать” N2O в средах, где кислород (O2) ограничен.
«Эта способность полностью зависит от фермента, называемого редуктазой закиси азота, который является единственным известным ферментом, способным разрушать N2O. Поэтому он очень важен для контроля уровня этого изменяющего климат газа.
«Мы хотели узнать больше информации о том, как почвенные бактерии используют этот фермент для уничтожения закиси азота».
Часть фермента, в которой потребляется N2O (так называемый «активный участок»), уникальна в биологии и состоит из сложного соединения меди и серы (медно-сульфидный кластер). До сих пор не было известно, как именно эта необычная активная область создается бактериями.
Команда Университета Восточной Англии обнаружила белок под названием NosL, который необходим для сборки активного участка медно-сульфидного кластера. Он также делает фермент активным.
Они выяснили, что бактерии без NosL по-прежнему продуцируют фермент, но он содержит лишь малую активную медно-сульфидную зону. Кроме того, когда те же бактерии выращивались с дефицитом меди, активный участок полностью отсутствовал в ферменте.
Команда также узнала, что NosL является связывающим медь белком, то есть его функция заключается в непосредственном обеспечении медью бактерии для дальнейшей сборки активного участка кластера.
Профессор Ле Брун отметил: «Открытие функции NosL является первым шагом к пониманию того, как собирается уникальный активный участок редуктазы закиси азота. Это ключевая информация, потому что когда сборка происходит не так, как должна, неактивный фермент приводит к выделению N2O в атмосферу».
Университетскую команду возглавляли профессор Ник Ле Брун и доктор Энди Гейтс из Школы биологических наук. В ее состав входил вице-канцлер университета профессор Дэвид Ричардсон, который тоже работает в Школе биологических наук. Они являются частью международной сети ЕС, ориентированной на понимание различных аспектов N2O и азотного цикла.
«Общество в целом хорошо осознает необходимость решения проблемы выбросов углекислого газа, но закись азота в настоящее время становится более насущной глобальной проблемой и требует, чтобы исследователи с различными навыками работали вместе для предотвращения дальнейших разрушительных последствий изменения климата.
«С увеличением понимания ферментов, которые производят и разрушают N2O, мы приближаемся к возможности разрабатывать стратегии по смягчению разрушительного воздействия этого изменяющего климат газа на окружающую среду Земли», – отметила доктор Гейтс.