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Oxidación anaeróbica del metano.

La oxidación anaeróbica del metano ( OMA ) es un proceso microbiano que consume metano y que ocurre en sedimentos anóxicos marinos y de agua dulce . Se sabe que la OMA ocurre entre mesófilos , pero también en psicrófilos , termófilos , halófilos , acidófilos y alcófilos. [1] Durante la OMA, el metano se oxida con diferentes aceptores terminales de electrones como sulfato , nitrato , nitrito y metales , ya sea solo o en sintrofia con un organismo asociado. [2]

Acoplado a la reducción de sulfato

Tres mecanismos de Oxidación Anaeróbica del Metano (OMA). El primer método (arriba) está mediado por un consorcio de arqueas metanotróficas anaeróbicas (ANME) de los clados 1,2a,2b y 2c y bacterias reductoras de sulfato (SRB). La oxidación del metano ocurre en el ANME, donde los electrones pasan directamente al SRB, que realiza la reducción del sulfato [3] . [4] El segundo método (en el medio) vincula la oxidación de metano con la reducción de nitratos, mediada por consorcios de arqueas ANME y bacterias Anammox. [5] El tercer mecanismo (abajo) también vincula la oxidación de metano con la reducción de nitrato, pero está mediado por arqueas ANME y bacterias NC10. A diferencia de los dos primeros mecanismos, tanto las arqueas ANME como las bacterias NC10 compiten por el metano. [6]

La reacción general es:

CH 4 + SO 4 2− → HCO 3 − + HS − + H 2 O

La OMA impulsada por sulfato está mediada por un consorcio sintrófico de arqueas metanotróficas y bacterias reductoras de sulfato . [7] A menudo forman pequeños agregados o, a veces, esteras voluminosas. El compañero arqueal se abrevia ANME, que significa " metanotropo anaeróbico ". Los ANME están muy estrechamente relacionados con las arqueas metanogénicas e investigaciones recientes sugieren que la OMA es una reversión enzimática de la metanogénesis . [8] Todavía no se comprende bien cómo interactúan los socios sintróficos y qué intermediarios se intercambian entre las células arqueales y bacterianas. La investigación sobre la OMA se ve obstaculizada por el hecho de que no se han aislado los organismos responsables. Esto se debe a que estos organismos muestran tasas de crecimiento muy lentas con un tiempo mínimo de duplicación de unos pocos meses. Innumerables esfuerzos de aislamiento no han podido aislar a uno de los metanótrofos anaeróbicos; una posible explicación puede ser que las arqueas ANME y la SRB tienen una interacción sintrófica obligada y, por lo tanto, no pueden aislarse individualmente.

En áreas marinas bentónicas con fuertes liberaciones de metano provenientes de reservorios fósiles (por ejemplo, en filtraciones frías , volcanes de lodo o depósitos de hidratos de gas ), la OMA puede ser tan alta que organismos quimiosintéticos como bacterias filamentosas de azufre (ver Beggiatoa ) o animales (almejas, gusanos tubulares) con simbiontes. Las bacterias oxidantes de sulfuro pueden prosperar gracias a las grandes cantidades de sulfuro de hidrógeno que se producen durante la OMA. El bicarbonato (HCO 3 − ) producido a partir de la OMA puede (i) quedar secuestrado en los sedimentos mediante la precipitación de carbonato de calcio o los llamados carbonatos autigénicos derivados del metano [9] y (ii) liberarse a la columna de agua suprayacente. [10] Se sabe que los carbonatos autigénicos derivados del metano son los carbonatos con mayor reducción de 13 C en la Tierra, con valores de δ 13 C tan bajos como -125 por mil PDB reportados. [11]

Acoplado a la reducción de nitratos y nitritos.

Las reacciones generales son:

CH 4 + 4 NO 3 − → CO 2 + 4 NO 2 − + 2 H 2 O
3 CH 4 + 8 NO 2 − + 8 H + → 3 CO 2 + 4 N 2 + 10 H 2 O

Recientemente, se ha demostrado que ANME-2d es la OMA responsable de la OMA impulsada por nitratos. [5] El ANME-2d, denominado Methanoperedens nitroreducens , es capaz de realizar OMA impulsada por nitrato sin un organismo asociado mediante metanogénesis inversa con nitrato como aceptor terminal de electrones, utilizando genes para la reducción de nitrato que han sido transferidos lateralmente desde un donante bacteriano. Esta fue también la primera vía completa de metanogénesis inversa, incluidos los genes mcr y mer .

En 2010, los análisis ómicos , especialmente metagenómicos , mostraron que la reducción de nitritos puede acoplarse a la oxidación de metano por una sola especie bacteriana Candidatus Methylomirabilis oxyfera ( filo NC10 ), sin la necesidad de una pareja arquea . [12]

Relevancia ambiental

La OMA se considera un proceso muy importante que reduce la emisión del gas de efecto invernadero metano del océano a la atmósfera. Se estima que casi el 80% de todo el metano que surge de los sedimentos marinos se oxida anaeróbicamente mediante este proceso. [13]

Ver también

Referencias

  1. ^ Dunfield, Peter F. (2009), "Metanotrofia en entornos extremos", eLS , John Wiley & Sons, Ltd, doi :10.1002/9780470015902.a0021897, ISBN 978-0-470-01590-2, recuperado el 19 de noviembre de 2021
  2. ^ Reimann, Joaquín; Jetten, Mike SM; Keltjens, Jan T. (2015). "Capítulo 7, Sección 4 Enzimas en la oxidación de metano impulsada por nitrito ". En Peter MH Kroneck; Martha E. Sosa Torres (eds.). Mantener la vida en el planeta Tierra: las metaloenzimas dominan el dioxígeno y otros gases masticables . Iones metálicos en ciencias biológicas. vol. 15. Saltador. págs. 281–302. doi :10.1007/978-3-319-12415-5_7. ISBN 978-3-319-12414-8. PMID  25707470.
  3. ^ McGlynn SE, Chadwick GL, Kempes CP, Orphan VJ (2015). "La actividad unicelular revela transferencia directa de electrones en consorcios metanotróficos". Naturaleza . 526 (7574): 531–535. Código Bib :2015Natur.526..531M. doi : 10.1038/naturaleza15512. PMID  26375009. S2CID  4396372.
  4. ^ Wegener G, Krukenberg V, Riedel D, Tegetmeyer HE, Boetius A (2015). "El cableado intercelular permite la transferencia de electrones entre arqueas metanotróficas y bacterias". Naturaleza . 526 (7574): 587–590. Código Bib :2015Natur.526..587W. doi : 10.1038/naturaleza15733. hdl : 21.11116/0000-0001-C3BE-D . PMID  26490622. S2CID  4391386.
  5. ^ ab Haroon MF, Hu S, Shi Y, Imelfort M, Keller J, Hugenholtz P, Yuan Z, Tyson GW (2013). "Oxidación anaeróbica de metano acoplada a reducción de nitratos en un nuevo linaje de arqueas". Naturaleza . 500 (7464): 567–70. Código Bib :2013Natur.500..567H. doi : 10.1038/naturaleza12375. PMID  23892779. S2CID  4368118.
  6. ^ Raghoebarsing, AA; Pol, A.; van de Pas-Schoonen, KT; Arde, AJP; Ettwig, KF; Rijpstra, WIC; et al. (2006). "Un consorcio microbiano combina la oxidación anaeróbica del metano con la desnitrificación". Naturaleza . 440 (7086): 918–921. Código Bib :2006Natur.440..918R. doi : 10.1038/naturaleza04617. hdl : 1874/22552 . PMID  16612380. S2CID  4413069.
  7. ^ Knittel, K.; Boecio, A. (2009). "Oxidación anaeróbica de metano: avance con un proceso desconocido". Año. Rev. Microbiol . 63 : 311–334. doi : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093130. hdl : 21.11116/0000-0001-CC96-0 . PMID  19575572.
  8. ^ Scheller S, Goenrich M, Boecher R, Thauer RK, Jaun B (2010). "La enzima de níquel clave de la metanogénesis cataliza la oxidación anaeróbica del metano". Naturaleza . 465 (7298): 606–8. Código Bib :2010Natur.465..606S. doi : 10.1038/naturaleza09015. PMID  20520712. S2CID  4386931.
  9. ^ Ritger, Scott A.; Carson, Bob; Suess, Erwin (1987). "Carbonatos autigénicos derivados de metano formados por expulsión de agua de poro inducida por subducción a lo largo del margen de Oregón / Washington". Boletín GSA . 98 (2): 147. Código bibliográfico : 1987GSAB...98..147R. doi :10.1130/0016-7606(1987)98<147:MACFBS>2.0.CO;2.
  10. ^ Akam, Sajjad A.; Ataúd, Richard; Abudlla, Hussain; Lyons, Timoteo (2020). "Bomba de carbón inorgánico disuelto en sedimentos marinos poco profundos cargados de metano: estado del arte y perspectivas de nuevos modelos". Fronteras en las ciencias marinas . 7 (206). doi : 10.3389/fmars.2020.00206 . ISSN  2296-7745.
  11. ^ Drake, H.; Astrom, YO; Heim, C.; Broman, C.; Astrom, J.; Casa Blanca, M.; Ivarsson, M.; Siljestrom, S.; Sjovall, P. (2015). "Agotamiento extremo de 13C de carbonatos formados durante la oxidación de metano biogénico en granito fracturado". Comunicaciones de la naturaleza . 6 : 7020. Código Bib : 2015NatCo...6.7020D. doi : 10.1038/ncomms8020. PMC 4432592 . PMID  25948095. 
  12. ^ Ettwig KF, Butler MK, Le Paslier D, Pelletier E, Mangenot S, Kuypers MM, Schreiber F, Dutilh BE, Zedelius J, de Beer D, Gloerich J, Wessels HJ, van Alen T, Luesken F, Wu ML, van de Pas-Schoonen KT, Op den Camp HJ, Janssen-Megens EM, Francoijs KJ, Stunnenberg H, Weissenbach J, Jetten MS, Strous M (2010). "Oxidación anaeróbica de metano impulsada por nitritos por bacterias oxigenadas" (PDF) . Naturaleza . 464 (7288): 543–8. Código Bib :2010Natur.464..543E. doi : 10.1038/naturaleza08883. PMID  20336137. S2CID  205220000.
  13. ^ Reebough, William S (2007). "Biogeoquímica del metano oceánico". Reseñas químicas . 107 (2): 486–513. doi :10.1021/cr050362v. PMID  17261072. S2CID  41852456.

Bibliografía

Enlaces externos

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