Une nouvelle compréhension de la façon dont un important micro-organisme producteur de méthane crée du méthane et du dioxyde de carbone pourrait éventuellement permettre aux chercheurs de manipuler la quantité de ces importants gaz à effet de serre qui s'échappent dans l'atmosphère. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State propose une voie biochimique mise à jour qui explique comment le micro-organisme utilise le fer pour capturer plus efficacement l'énergie lors de la production de méthane. L'étude paraît en ligne dans la revue Avancées scientifiques .

"Le micro-organisme Methanosarcina acetivorans est un méthanogène qui joue un rôle important dans le cycle du carbone, par lequel la matière végétale morte est recyclée en dioxyde de carbone qui génère ensuite une nouvelle matière végétale par photosynthèse, " dit James Ferry, Stanley Person Professeur de biochimie et de biologie moléculaire à Penn State, qui a dirigé l'équipe de recherche. "Les méthanogènes produisent environ 1 milliard de tonnes de méthane par an, qui joue un rôle essentiel dans le changement climatique. Comprendre le processus par lequel ce micro-organisme produit du méthane est important pour prédire le changement climatique futur et pour potentiellement manipuler la quantité de gaz à effet de serre que l'organisme libère. »

Methanosarcina acetivorans, qui se trouve dans des environnements comme le fond des océans et les rizières où il aide à décomposer les matières végétales mortes, convertit l'acide acétique en méthane et en dioxyde de carbone. Avant cette étude, cependant, les chercheurs ne savaient pas comment le micro-organisme disposait de suffisamment d'énergie pour survivre dans les environnements sans oxygène (anaérobies) où il vit. Les chercheurs ont déterminé qu'une forme oxydée de fer appelée « fer trois, " essentiellement de la rouille, permet au micro-organisme de travailler plus efficacement, en utilisant plus d'acide acétique, créer plus de méthane, et créer plus d'ATP, un produit chimique qui fournit de l'énergie pour les réactions biologiques essentielles à la croissance.

"La plupart des organismes comme les humains utilisent un processus appelé respiration pour créer de l'ATP, mais cela nécessite de l'oxygène, " dit Ferry. " Quand il n'y a pas d'oxygène, de nombreux organismes utilisent à la place un processus moins efficace appelé fermentation pour créer de l'ATP, comme les procédés utilisés par la levure dans la production de vin et de bière. Mais la présence de fer permet à M. acetivorans d'utiliser la respiration même en l'absence d'oxygène."

Les résultats ont permis aux chercheurs de mettre à jour la voie biologique par laquelle M. acetivorans convertit l'acide acétique en méthane, qui comprend maintenant la respiration. Des voies comme celle-ci impliquent de nombreuses étapes intermédiaires, au cours de laquelle l'énergie est souvent perdue sous forme de chaleur. Les chercheurs ont également déterminé qu'en présence de fer, la perte d'énergie dans ce micro-organisme est réduite en raison d'un processus récemment découvert appelé bifurcation des électrons.

"La bifurcation des électrons prend l'une de ces étapes qui a le potentiel d'une énorme perte de chaleur et récupère cette énergie sous forme d'ATP plutôt que de chaleur, " a déclaré Ferry. " Cela rend le processus plus efficace. "

Cette voie mise à jour pourrait permettre aux chercheurs de prédire la quantité de méthane que le micro-organisme rejettera dans l'atmosphère.

"Les rizières - une source majeure de méthane dans l'atmosphère - contiennent des plants de riz en décomposition immergés dans l'eau qui sont finalement traités par M. acetivorans. Si nous mesurons la quantité de fer trois présente dans les rizières, on peut prédire combien de méthane sera libéré par les micro-organismes, qui peuvent améliorer nos modèles de changement climatique."

En l'absence de fer, le micro-organisme produit des quantités à peu près égales de méthane et de dioxyde de carbone à partir d'acide acétique. Mais avec des quantités croissantes de fer, il produit plus de dioxyde de carbone par rapport au méthane, ainsi, fournir à l'organisme du fer supplémentaire pourrait modifier les quantités relatives de ces gaz à effet de serre qui sont produites.

"Le méthane est 30 fois plus puissant comme gaz à effet de serre que le dioxyde de carbone, ce qui le rend plus problématique en termes de réchauffement de notre planète, " a déclaré Ferry. " Maintenant que nous comprenons mieux cette voie biochimique, nous voyons que nous pouvons utiliser le fer pour modifier les rapports des gaz produits. À l'avenir, nous pourrions même aller plus loin et inhiber la production de méthane par ce micro-organisme.

« En plus des applications pratiques, c'est un ajout majeur à la compréhension de la biologie du monde anaérobie largement invisible mais extrêmement important. »