A pathway for biological methane production using bacterial iron-only nitrogenase

固氮酶 微生物 产甲烷 细菌 甲烷 化学 沼泽红假单胞菌 生物转化 氢化酶 古细菌 固氮 食品科学 生物化学 氮气 环境化学 生物 发酵 有机化学 遗传学
作者
Yanning Zheng,Derek F. Harris,Yu Zheng,Yanfen Fu,Saroj Poudel,Rhesa N. Ledbetter,Kathryn R. Fixen,Zhi‐Yong Yang,Eric S. Boyd,Mary E. Lidstrom,Lance C. Seefeldt,Caroline S. Harwood
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:3 (3): 281-286 被引量:156
标识
DOI:10.1038/s41564-017-0091-5
摘要

Methane (CH4) is a potent greenhouse gas that is released from fossil fuels and is also produced by microbial activity, with at least one billion tonnes of CH4 being formed and consumed by microorganisms in a single year 1 . Complex methanogenesis pathways used by archaea are the main route for bioconversion of carbon dioxide (CO2) to CH4 in nature2-4. Here, we report that wild-type iron-iron (Fe-only) nitrogenase from the bacterium Rhodopseudomonas palustris reduces CO2 simultaneously with nitrogen gas (N2) and protons to yield CH4, ammonia (NH3) and hydrogen gas (H2) in a single enzymatic step. The amount of CH4 produced by purified Fe-only nitrogenase was low compared to its other products, but CH4 production by this enzyme in R. palustris was sufficient to support the growth of an obligate CH4-utilizing Methylomonas strain when the two microorganisms were grown in co-culture, with oxygen (O2) added at intervals. Other nitrogen-fixing bacteria that we tested also formed CH4 when expressing Fe-only nitrogenase, suggesting that this is a general property of this enzyme. The genomes of 9% of diverse nitrogen-fixing microorganisms from a range of environments encode Fe-only nitrogenase. Our data suggest that active Fe-only nitrogenase, present in diverse microorganisms, contributes CH4 that could shape microbial community interactions.
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