Metanogén baktériumok

A metanogének az archaea baktériumok közé sorolt polifiletikus (feltehetően különböző ősöktől származó) élőlénycsoport. Az ide tartozó baktériumok közös tulajdonsága, hogy mindannyian a molekuláris hidrogén anaerob oxidációjával nyernek energiát. Obligát anaerob szervezetek.

Történet

A lidércek és Volta

1776-ban az olasz fizikus-polihisztor Alessandro Volta (akit főként elektromossággal kapcsolatos munkáiról tartunk számon) írta le először a metanogének működésével járó metánképződést, mint a lidércfény racionális magyarázatát. A folyamat hátterében álló titokzatos baktériumok tiszta tenyészetét csak jóval később, 1947-ben sikerült előállítani, az anaerobokkal való nehézkes laboratóriumi munka miatt.

Jellemzőik

Obligát anaerob élőlénycsoport, ami azt jelenti, hogy az oxigén halálos méreg a számukra. A legtöbb metanogén gyorsan elpusztul oxigén jelenlétében, mert nincsenek megfelelő enzimeik a keletkező szabadgyökök eltávolítására. Kivétel például a Methanosarcina barkeri, melyben anaerob életmódja ellenére megtalálható a szuperoxid dizmutáz (SOD) enzim, így valamivel hosszabb ideig elviseli az oxigént.

Csoportosításuk

A baktériumokat elsősorban azon hőmérséklethatárok szerint csoportosítjuk, amelyek között életműködéseiket a legerőteljesebb módon fejtik ki:

• kriofil baktériumok, amelyek a 20 °C alatti hőmérsékletet kedvelik
• mezofil baktériumok, amelyek a 20 °C - 40 °C közötti hőmérsékletet kedvelik,
• termofil baktériumok, amelyek csak 40 °C felett élnek és anyagcseréjük 50 °C - 60 °C között a legintenzívebb.

Fejlődésük

A baktériumsejt élete során a következő fejlődési szakaszokon megy keresztül:

• megduzzadás vízfelvétel révén,
• fejlődés és növekedés,
• kifejlődött sejtek osztódása

Anyagcsere

Általában elsődleges szénforrásként a széndioxidot hasznosítják, amit molekuláris hidrogénnel redukálnak (a hidrogén eközben oxidálódik). A szén-dioxidból ezalatt metán keletkezik. A reakció eredménye egy membrán két oldalán létrejövő elektrokémiai gradiens. Az ebből származó energiát ATP (adenozin-trifoszfát) képzésére fordítják. Az ilyen anyagcserét folytató élőlényeket hidrogenotrófoknak nevezzük. Velük szemben a növények a vizet használják a szén-dioxid redukciójához.

Bár a tengerekben képződő metán nagyrészt a széndioxid redukciójának eredménye, kis mennyiségben acetátból is képződik. Azokat az Archaeakat, amelyek az acetátot hasznosítják anyagcseréjük során, acetotrófoknak nevezzük. A metilotróf baktériumok pedig metilaminokat, metanolt vagy metántiolt is hasznosíthatnak.

Sejtfal

Sejtfaluk a többi Archaeahoz hasonlóan murein helyett pszeudomureint tartalmaz. Emiatt a lizozim nem bontja a sejtfalukat, és számos olyan antibiotikum, ami az Eubacteria csoport tagjaival szemben jól működik, rájuk nézve hatástalan.

Sejtmembrán

A metanogén sejtmembrán kettős lipidrétegében zsírsavésztereket nem találunk, helyettük diéter- és tetraéter glikolipidek fordulnak elő, emiatt rigidebb (kevésbé rugalmas) membránjuk van.

Ökológia

Jelenlétük vizes élőhelyeken általános, metanogén baktériumok állnak a lidércfény működésének hátterében is. Sokan közülük különböző állatok bélrendszerében élnek, például termeszekben, bálnákban, szarvasmarhában vagy emberben. Ők felelősek a termelődő bélgáz metántartalmáért (nem elhanyagolandó mennyiség: ember: 3 l/nap, szarvasmarha: 200 l/nap).

Az oxigénmentes helyeken fejlődő biológiai rendszerekben (pl. mélytengeri közösségek) a metanogének kulcsszerepet játszanak: eltávolítják a fölösleges hidrogént és az élőhely többi anaerob tagjának fermentációs termékeit. A metanogénekre jellemző, hogy kifejezetten jól érzik magukat olyan helyeken, ahol a más jellegű elektronakceptorok (mint például oxigén, nitrát, szulfát vagy a háromértékű ionok) már mind elfogytak. A kőzetek belsejében élő metanogének hidrogénjüket a víz radioaktív és termikus bomlásából nyerik.

A Föld számos extrém élőhelyén találhatunk metanogéneket: Grönland jegébe temetve kilométerekre a jégfelszín alatt, vagy forró, száraz sivatagi talajban. Az Archaea csoporton belül a metanogének fordulnak elő leggyakrabban a mélyen a talaj felszíne alatt húzódó élőhelyeken.

Biotechnológiai felhasználás

Biogáztermelésre próbálják őket használni.