От месторождения до лаборатории: как особый микроб превращает нефть в газы
Подземные месторождения нефти на суше и в море являются домом для микроорганизмов, которые используют нефть в качестве источника энергии и пищи, превращая ее в метан. До недавнего времени считалось, что это преобразование возможно только в сложной совместной работе различных организмов: определенных бактерий и обычно двух партнеров-архей. Теперь исследователям удалось вырастить археон под названием Methanoliparia из отстойника завода по производству нефти, который сам справляется с этой сложной реакцией.
На подобном нефтяном месторождении Гюнтер Вегенер и его коллеги обнаружили микроорганизмы, которые теперь живут и в их лаборатории. Генетическая информация показывает, что они широко распространены и даже обитают в морских глубинах. (© Йоши Канопус/ CC-BY-SA-4.0)
Ферменты на всякий случай
Этот «чудо-микроб» расщепляет нефть на метан (СН4) и углекислый газ (СО2).
«Methanoliparia — это своего рода гибридное существо, которое сочетает в себе свойства разлагателя нефти со свойствами метаногена, то есть производителя метана», — объясняет автор исследования Гюнтер Вегенер из Института морской микробиологии им. Макса Планка и MARUM — Центра морской окружающей среды в Бременском университете.
Теперь, когда исследователям удалось культивировать эти микроорганизмы в лаборатории, они смогли детально изучить лежащие в их основе процессы. Они обнаружили, что ее генетический состав дает Methanoliparia уникальные возможности. «В его генах содержатся схемы ферментов, которые могут активировать и разлагать различные углеводороды. Кроме того, у него есть полный набор инструментов для производства метана», — говорит Вегенер.
Изображение с эпифлуоресцентного микроскопа: клетки метанолипарии (зеленые) из лабораторных культур. Каплю масла, которую колонизируют археи, можно увидеть как красноватое свечение. Красные точки отображают редкие бактерии в культуре. (© Рафаэль Ласо-Перес/Институт морской микробиологии им. Макса Планка; из: Zhou et al., Nature, 2021)
Новый путь метаногенеза
В своих лабораторных культурах исследователи предлагали микробам различные виды пищи и использовали множество различных методов, чтобы внимательно следить за тем, как Methanoliparia справляются с этим. Что было особенно удивительно, так это то, что этот археон активировал все различные углеводороды одним и тем же ферментом.
«До сих пор мы культивировали только археи, питающиеся короткоцепочечными углеводородами, такими как этан или бутан. Methanoliparia, с другой стороны, предпочитает тяжелую нефть с ее длинноцепочечными соединениями», — говорит соавтор Рафаэль Ласо-Перес, который сейчас работает в Национальном центре биотехнологии Испании (CNB). «Метаногенные микробы, которые используют углеводороды с длинной цепью напрямую — мы не знали, что они существуют до сих пор. Даже сложные углеводороды с кольцевой или ароматической структурой не слишком громоздки для Methanoliparia, по крайней мере, если они связаны хотя бы с одним более длинным углеродной цепи. Это означает, что, помимо других наших захватывающих результатов, мы также обнаружили ранее совершенно неизвестный путь метаногенеза».
Обнаружение от нефтяного резервуара до глубокого моря
Клетки Methanoliparia, культивированные для настоящего исследования, происходят из одного из крупнейших нефтяных месторождений Китая, нефтяного месторождения Шэнли. Однако генетические анализы показывают, что эти микробы распространены по всему миру, вплоть до морских глубин.
«Наши результаты содержат совершенно новое понимание добычи нефти в подземных нефтяных резервуарах. Как широкое распространение этих организмов, так и потенциальное промышленное применение делают это захватывающей областью исследований в ближайшие годы», — заключает Вегенер.
Источник: Zhuo Zhou, Cui-jing Zhang, Peng-fei Liu, Lin Fu, Rafael Laso-Pérez, Lu Yang, Li-ping Bai, Jiang Li, Min Yang, Jun-zhang Lin, Wei-dong Wang, Gunter Wegener, Meng Li, Lei Cheng. Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-04235-2