Oxidación anaeróbica del metano
Procesos microbianos en sedimentos anóxicos marinos y de agua dulce

La oxidación anaeróbica del metano ( AOM ) es un proceso microbiano que consume metano y que ocurre en sedimentos anóxicos marinos y de agua dulce . Se sabe que la AOM ocurre entre mesófilos , pero también en psicrófilos , termófilos , halófilos , acidófilos y alcófilos. [1] Durante la AOM, el metano se oxida con diferentes aceptores terminales de electrones como sulfato , nitrato , nitrito y metales , ya sea solo o en sintrofia con un organismo asociado. [2]

Acoplado a la reducción de sulfato

Tres mecanismos de oxidación anaeróbica del metano (AOM). El primer método (arriba) está mediado por un consorcio de arqueas metanotróficas anaeróbicas (ANME) de los clados 1,2a,2b y 2c y bacterias reductoras de sulfato (SRB). La oxidación del metano ocurre en las ANME, donde los electrones pasan directamente a las SRB, que realizan la reducción de sulfato [3] . [4] El segundo método (centro) vincula la oxidación del metano con la reducción de nitrato, mediada por consorcios de arqueas ANME y bacterias Anammox. [5] El tercer mecanismo (abajo) también vincula la oxidación del metano con la reducción de nitrato, pero está mediado por arqueas ANME y bacterias NC10. A diferencia de los dos primeros mecanismos, tanto las arqueas ANME como las bacterias NC10 compiten por el metano. [6]

La reacción general es:

CH4 + SO42− → HCO3− + HS− + H2O​​​​

La AOM impulsada por sulfato está mediada por un consorcio sintrófico de arqueas metanotróficas y bacterias reductoras de sulfato . [7] A menudo forman pequeños agregados o, a veces, esteras voluminosas. El socio arqueal se abrevia ANME, que significa " metanotrófico anaeróbico ". Los ANME están muy estrechamente relacionados con las arqueas metanogénicas y las investigaciones recientes sugieren que la AOM es una reversión enzimática de la metanogénesis . [8] Todavía se entiende mal cómo interactúan los socios sintróficos y qué intermediarios se intercambian entre la célula arqueal y bacteriana. La investigación sobre la AOM se ve obstaculizada por el hecho de que los organismos responsables no han sido aislados. Esto se debe a que estos organismos muestran tasas de crecimiento muy lentas con un tiempo mínimo de duplicación de unos pocos meses. Innumerables esfuerzos de aislamiento no han podido aislar uno de los metanótrofos anaeróbicos, una posible explicación puede ser que las arqueas ANME y las SRB tienen una interacción sintrófica obligada y por lo tanto no pueden aislarse individualmente.

En áreas marinas bentónicas con fuertes liberaciones de metano de reservorios fósiles (por ejemplo, en filtraciones frías , volcanes de lodo o depósitos de hidratos de gas ), el AOM puede ser tan alto que los organismos quimiosintéticos como las bacterias filamentosas del azufre (ver Beggiatoa ) o los animales (almejas, gusanos tubícolas) con bacterias simbiontes oxidantes de sulfuro pueden prosperar en las grandes cantidades de sulfuro de hidrógeno que se producen durante el AOM. El bicarbonato (HCO 3 − ) producido a partir del AOM puede (i) quedar secuestrado en los sedimentos por la precipitación de carbonato de calcio o los llamados carbonatos autigénicos derivados del metano [9] y (ii) liberarse a la columna de agua suprayacente. [10] Se sabe que los carbonatos autigénicos derivados del metano son los carbonatos con mayor agotamiento de 13 C en la Tierra, con valores de δ 13 C tan bajos como -125 por mil PDB reportados. [11]

Acoplado a la reducción de nitratos y nitritos

Las reacciones generales son:

CH 4 + 4 NO 3 − → CO 2 + 4 NO 2 − + 2 H 2 O
3 CH 4 + 8 NO 2 − + 8 H + → 3 CO 2 + 4 N 2 + 10 H 2 O

Recientemente, se ha demostrado que ANME-2d es responsable de la AOM impulsada por nitrato. [5] El ANME-2d, llamado Methanoperedens nitroreducens , es capaz de realizar AOM impulsada por nitrato sin un organismo asociado a través de la metanogénesis inversa con nitrato como aceptor terminal de electrones, utilizando genes para la reducción de nitrato que han sido transferidos lateralmente desde un donante bacteriano. Esta fue también la primera vía de metanogénesis inversa completa que incluye los genes mcr y mer .

En 2010, los análisis ómicos , especialmente los metagenómicos , mostraron que la reducción de nitrito se puede acoplar a la oxidación de metano por una sola especie bacteriana Candidatus Methylomirabilis oxyfera ( filo NC10 ), sin la necesidad de un socio arqueológico . [12]

Relevancia ambiental

Se considera que la oxidación anaeróbica del metano es un proceso muy importante para reducir la emisión de metano, un gas de efecto invernadero, desde el océano a la atmósfera. Se estima que casi el 80% de todo el metano que surge de los sedimentos marinos se oxida anaeróbicamente mediante este proceso. [13]

Véase también

Referencias

  1. ^ Dunfield, Peter F. (2009), "Metanotrofia en entornos extremos", eLS , John Wiley & Sons, Ltd, doi :10.1002/9780470015902.a0021897, ISBN 978-0-470-01590-2, consultado el 19 de noviembre de 2021
  2. ^ Reimann, Joachim; Jetten, Mike SM; Keltjens, Jan T. (2015). "Capítulo 7, Sección 4 Enzimas en la oxidación de metano impulsada por nitritos ". En Peter MH Kroneck; Martha E. Sosa Torres (eds.). Sustentando la vida en el planeta Tierra: Metaloenzimas que dominan el dioxígeno y otros gases masticables . Iones metálicos en las ciencias de la vida. Vol. 15. Springer. págs. 281–302. doi :10.1007/978-3-319-12415-5_7. ISBN 978-3-319-12414-8. Número de identificación personal  25707470.
  3. ^ McGlynn SE, Chadwick GL, Kempes CP, Orphan VJ (2015). "La actividad de una sola célula revela transferencia directa de electrones en consorcios metanotróficos". Nature . 526 (7574): 531–535. Bibcode :2015Natur.526..531M. doi :10.1038/nature15512. PMID  26375009. S2CID  4396372.
  4. ^ Wegener G, Krukenberg V, Riedel D, Tegetmeyer HE, Boetius A (2015). "El cableado intercelular permite la transferencia de electrones entre arqueas y bacterias metanotróficas". Nature . 526 (7574): 587–590. Bibcode :2015Natur.526..587W. doi :10.1038/nature15733. hdl : 21.11116/0000-0001-C3BE-D . PMID  26490622. S2CID  4391386.
  5. ^ ab Haroon MF, Hu S, Shi Y, Imelfort M, Keller J, Hugenholtz P, Yuan Z, Tyson GW (2013). "Oxidación anaeróbica de metano acoplada a reducción de nitrato en un nuevo linaje arqueológico". Nature . 500 (7464): 567–70. Bibcode :2013Natur.500..567H. doi :10.1038/nature12375. PMID  23892779. S2CID  4368118.
  6. ^ Raghoebarsing, AA; Pol, A.; van de Pas-Schoonen, KT; Arde, AJP; Ettwig, KF; Rijpstra, WIC; et al. (2006). "Un consorcio microbiano combina la oxidación anaeróbica del metano con la desnitrificación". Naturaleza . 440 (7086): 918–921. Código Bib :2006Natur.440..918R. doi : 10.1038/naturaleza04617. hdl : 1874/22552 . PMID  16612380. S2CID  4413069.
  7. ^ Knittel, K.; Boetius, A. (2009). "Oxidación anaeróbica del metano: progreso con un proceso desconocido". Annu. Rev. Microbiol . 63 : 311–334. doi :10.1146/annurev.micro.61.080706.093130. hdl : 21.11116/0000-0001-CC96-0 . PMID:  19575572.
  8. ^ Scheller S, Goenrich M, Boecher R, Thauer RK, Jaun B (2010). "La enzima clave de níquel de la metanogénesis cataliza la oxidación anaeróbica del metano". Nature . 465 (7298): 606–8. Bibcode :2010Natur.465..606S. doi :10.1038/nature09015. PMID  20520712. S2CID  4386931.
  9. ^ Ritger, Scott A.; Carson, Bobb; Suess, Erwin (1987). "Carbonatos autógenos derivados del metano formados por expulsión de agua intersticial inducida por subducción a lo largo del margen de Oregón/Washington". Boletín GSA . 98 (2): 147. Bibcode :1987GSAB...98..147R. doi :10.1130/0016-7606(1987)98<147:MACFBS>2.0.CO;2.
  10. ^ Akam, Sajjad A.; Coffin, Richard; Abudlla, Hussain; Lyons, Timothy (2020). "Bomba de carbono inorgánico disuelto en sedimentos marinos poco profundos cargados con metano: estado del arte y nuevas perspectivas del modelo". Frontiers in Marine Science . 7 (206). doi : 10.3389/fmars.2020.00206 . ISSN  2296-7745.
  11. ^ Drake, H.; Astrom, ME; Heim, C.; Broman, C.; Astrom, J.; Whitehouse, M.; Ivarsson, M.; Siljestrom, S.; Sjovall, P. (2015). "Agotamiento extremo de 13C de los carbonatos formados durante la oxidación de metano biogénico en granito fracturado". Nature Communications . 6 : 7020. Bibcode :2015NatCo...6.7020D. doi :10.1038/ncomms8020. PMC 4432592 . PMID  25948095. 
  12. ^ Ettwig KF, Butler MK, Le Paslier D, Pelletier E, Mangenot S, Kuypers MM, Schreiber F, Dutilh BE, Zedelius J, de Beer D, Gloerich J, Wessels HJ, van Alen T, Luesken F, Wu ML, van de Pas-Schoonen KT, Op den Camp HJ, Janssen-Megens EM, Francoijs KJ, Stunnenberg H, Weissenbach J, Jetten MS, Strous M (2010). "Oxidación anaeróbica de metano impulsada por nitritos por bacterias oxigenadas" (PDF) . Naturaleza . 464 (7288): 543–8. Código Bib :2010Natur.464..543E. doi : 10.1038/naturaleza08883. Número de modelo  : PMID20336137 . Número de modelo: S2CID205220000  .
  13. ^ Reebough, William S (2007). "Biogeoquímica del metano oceánico". Chemical Reviews . 107 (2): 486–513. doi :10.1021/cr050362v. PMID  17261072. S2CID  41852456.

Bibliografía

  • Dennis D. Coleman; J. Bruno Risatti; Martin Schoell (1981) Fraccionamiento de isótopos de carbono e hidrógeno por bacterias oxidantes de metano | Geochimica et Cosmochimica Acta | Volumen 45, Número 7, julio de 1981, páginas 1033-1037 | https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90129-0 | resumen
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