Methan konsumierende Bakterien könnten die Zukunft des Kraftstoffs sein
Entdeckung zeigt, wie Bakterien Methangas in flüssiges Methanol verwandeln
Bekannt für ihre Fähigkeit, Methan aus der Umwelt zu entfernen und in einen brauchbaren Brennstoff umzuwandeln, faszinieren methanotrophe Bakterien seit langem die Forscher. Aber wie genau diese Bakterien auf natürliche Weise eine so komplexe Reaktion ausführen, war ein Rätsel.
Das primäre metabolische Enzym in methanotrophen Bakterien, die teilchenförmige Methanmonooxygenase (pMMO), katalysiert die Methan-Methanol-Umwandlung an einem Ort mit einem Kupferion.
Northwestern University
Nun hat ein interdisziplinäres Team der Northwestern University festgestellt, dass das für die Methan-Methanol-Umwandlung verantwortliche Enzym diese Reaktion an einem Ort katalysiert, der nur ein Kupferion enthält.
Dieser Befund könnte zu neu entwickelten, vom Menschen hergestellten Katalysatoren führen, die Methan - ein hochwirksames Treibhausgas - mit dem gleichen mühelosen Mechanismus in leicht verwertbares Methanol umwandeln können.
"Die Identität und Struktur der für die Katalyse verantwortlichen Metallionen ist seit Jahrzehnten schwer fassbar", sagt Amy C. Rosenzweig, Mitautorin der Studie. "Unsere Studie bietet einen großen Fortschritt beim Verständnis, wie Bakterien Methan in Methanol umwandeln."
"Indem wir die Art des beteiligten Kupferzentrums identifiziert haben, haben wir den Grundstein gelegt, um zu bestimmen, wie die Natur eine ihrer schwierigsten Reaktionen durchführt", sagt Brian M. Hoffman, Co-Senior-Autor.
Durch Oxidation von Methan und Umwandlung in Methanol können methanotrophe Bakterien einen Doppelschlag vollbringen. Sie entfernen nicht nur ein schädliches Treibhausgas aus der Umwelt, sondern erzeugen auch einen leicht nutzbaren, nachhaltigen Kraftstoff für Autos, Strom und mehr.
Aktuelle industrielle Prozesse zur Katalyse einer Methan-Methanol-Reaktion erfordern einen enormen Druck und extreme Temperaturen von über 1.300 Grad Celsius. Methanotrophen führen die Reaktion jedoch bei Raumtemperatur und "kostenlos" durch.
"Während Kupferzentren dafür bekannt sind, die Umwandlung von Methan in Methan in Methanol in von Menschen hergestellte Materialien zu katalysieren, ist die Katalyse von Methan in Methanol an einem Monokupferstandort unter Umgebungsbedingungen beispiellos", sagte Matthew O. Ross, ein Doktorand, der von Rosenzweig und Hoffman gemeinsam beraten wurde und der erste Autor der Studie war. "Wenn wir ein vollständiges Verständnis dafür entwickeln können, wie sie diese Umwandlung unter solch milden Bedingungen durchführen, können wir unsere eigenen Katalysatoren optimieren."
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