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metanotrofo

Los metanótrofos (a veces llamados metanófilos ) son procariotas que metabolizan el metano como fuente de carbono y energía química . Son bacterias o arqueas , pueden crecer de forma aeróbica o anaeróbica y requieren compuestos de un solo carbono para sobrevivir.

Los metanótrofos son especialmente comunes en o cerca de ambientes donde se produce metano, aunque algunos metanótrofos pueden oxidar el metano atmosférico . Sus hábitats incluyen humedales, suelos, marismas, arrozales, vertederos, sistemas acuáticos (lagos, océanos, arroyos) y más. Son de especial interés para los investigadores que estudian el calentamiento global , ya que desempeñan un papel importante en el presupuesto global de metano, al reducir la cantidad de metano emitido a la atmósfera. [1] [2]

La metanotrofia es un caso especial de metilotrofia , que utiliza compuestos de un solo carbono que son más reducidos que el dióxido de carbono. Sin embargo, algunos metilotrofos también pueden utilizar compuestos de múltiples carbonos; esto los diferencia de los metanótrofos, que suelen ser fastidiosos oxidantes de metano y metanol. Los únicos metanótrofos facultativos aislados hasta la fecha son miembros del género Methylocella silvestris , [3] [4] Methylocapsa aurea [5] y varias cepas de Mmethylocystis . [6]

En términos funcionales, los metanótrofos se denominan bacterias oxidantes de metano. Sin embargo, las bacterias oxidantes de metano abarcan otros organismos que no se consideran los únicos metanótrofos. Por esta razón, las bacterias oxidantes de metano se han separado en subgrupos: grupos de bacterias asimiladoras de metano (MAB), las metanótrofas y bacterias autótrofas oxidantes de amoníaco (AAOB), que cooxidan el metano. [2]

Clasificación

Los metanótrofos pueden ser bacterias o arqueas . La especie de metanótrofo que está presente está determinada principalmente por la disponibilidad de aceptores de electrones . Se conocen muchos tipos de bacterias oxidantes de metano (MOB). Las diferencias en el método de fijación del formaldehído y la estructura de la membrana dividen a estas bacterias metanótrofas en varios grupos. Hay varios subgrupos entre las arqueas metanotróficas.

Aerobio

En condiciones aeróbicas, los metanótrofos combinan oxígeno y metano para formar formaldehído , que luego se incorpora a compuestos orgánicos a través de la vía de la serina o la vía de la ribulosa monofosfato (RuMP), y dióxido de carbono, que se libera. Los metanótrofos tipo I y tipo X son parte de las gammaproteobacterias y utilizan la vía RuMP para asimilar carbono. Los metanótrofos de tipo II son parte de las alfaproteobacterias y utilizan la vía de la serina para la asimilación de carbono. También se caracterizan por tener un sistema de membranas internas dentro de las cuales se produce la oxidación del metano . Los metanótrofos de las gammaproteobacterias se conocen de la familia Methylococcaceae . [7] Los metanótrofos de Alphaproteobacteria se encuentran en las familias Methylocystaceae y Beijerinckiaceae .

Los metanótrofos aeróbicos también se conocen en Methylacidiphilaceae (filo Verrucomicrobiota ). [8] A diferencia de las gammaproteobacterias y las alfaproteobacterias , los metanótrofos del filo Verrucomicrobiota son mixótrofos . [9] [10] En 2021, se descubrió un contenedor bacteriano del filo Gemmatimonadota llamado " Candidatus Methylotropicum kingii" que muestra metanotrofia aeróbica, lo que sugiere que la metanotrofia está presente en los cuatro filos bacterianos. [11]

En algunos casos, la oxidación aeróbica del metano puede tener lugar en ambientes anóxicos. " Candidatus Methylomirabilis oxyfera " pertenece al filo NC10 de la bacteria y puede catalizar la reducción de nitritos a través de una vía "intraaeróbica", en la que el oxígeno producido internamente se utiliza para oxidar el metano. [12] [13] En los lagos de agua clara, los metanótrofos pueden vivir en la columna de agua anóxica, pero reciben oxígeno de organismos fotosintéticos , que luego consumen directamente para oxidar el metano. [14]

No se conocen arqueas metanotróficas aeróbicas .

anaeróbico

En condiciones anóxicas, los metanótrofos utilizan diferentes aceptores de electrones para la oxidación del metano. Esto puede suceder en hábitats anóxicos como sedimentos marinos o lacustres , zonas mínimas de oxígeno , columnas de agua anóxicas, arrozales y suelos. Algunos metanótrofos específicos pueden reducir los iones nitrato, [15] nitrito, [16] hierro, [17] sulfato, [18] o manganeso y acoplarlos a la oxidación de metano sin pareja sintrófica. Las investigaciones en ambientes marinos revelaron que el metano puede oxidarse anaeróbicamente mediante consorcios de arqueas oxidantes de metano y bacterias reductoras de sulfato . [19] [20] Este tipo de oxidación anaeróbica de metano (OMA) ocurre principalmente en sedimentos marinos anóxicos. El mecanismo exacto sigue siendo un tema de debate, pero la teoría más aceptada es que las arqueas utilizan la vía de metanogénesis inversa para producir dióxido de carbono y otro intermediario desconocido, que luego es utilizado por las bacterias reductoras de sulfato para obtener energía de la reducción. de sulfato a sulfuro de hidrógeno y agua.

Los metanótrofos anaeróbicos no están relacionados con los metanótrofos aeróbicos conocidos; los parientes cultivados más cercanos a los metanótrofos anaeróbicos son los metanógenos del orden Methanosarcinales . [21]

Especies especiales

Methylococcus capsulatus se utiliza para producir piensos para animales a partir de gas natural. [22]

En 2010 se identificó una nueva bacteria Candidatus Methylomirabilis oxyfera del filo NC10 que puede acoplar la oxidación anaeróbica del metano a la reducción de nitrito sin la necesidad de un socio sintrófico . [12] Basado en estudios de Ettwig et al., [12] se cree que M. oxyfera oxida el metano anaeróbicamente utilizando oxígeno producido internamente a partir de la dismutación del óxido nítrico en nitrógeno y oxígeno gaseoso.

Taxonomía

Muchas culturas metanotróficas han sido aisladas y caracterizadas formalmente durante las últimas cinco décadas, comenzando con el estudio clásico de Whittenbury (Whittenbury et al., 1970). Actualmente se conocen 18 géneros de Gammaproteobacterias metanotróficas aeróbicas cultivadas y 5 géneros de Alphaproteobacterias , representados por aprox. 60 especies diferentes. [23]

Oxidación de metano

Los metanótrofos oxidan el metano iniciando primero la reducción de dioxígeno a H 2 O 2 y la transformación del metano a CH 3 OH utilizando metano monooxigenasas (MMO) . [24] Además, se han aislado dos tipos de MMO a partir de metanótrofos: metano monooxigenasa soluble (sMMO) y metano monooxigenasa particulada (pMMO) .

Las células que contienen pMMO han demostrado mayores capacidades de crecimiento y mayor afinidad por el metano que las células que contienen sMMO. [24] Se sospecha que los iones de cobre pueden desempeñar un papel clave tanto en la regulación de pMMO como en la catálisis enzimática, limitando así las células pMMO a entornos más ricos en cobre que las células productoras de sMMO. [25]

Ver también

Referencias

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