p As atividades industriais e agrícolas produzem grandes quantidades de metano, um gás de efeito estufa que contribui para o aquecimento global. Muitas bactérias também produzem metano como subproduto de seu metabolismo. Parte desse metano naturalmente liberado vem do oceano, um fenômeno que há muito intriga os cientistas, porque não existem organismos produtores de metano que vivam perto da superfície do oceano. p Uma equipe de pesquisadores do MIT e da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign fez uma descoberta que pode ajudar a responder a esse "paradoxo do metano do oceano". Primeiro, eles identificaram a estrutura de uma enzima que pode produzir um composto que é conhecido por ser convertido em metano. Então, eles usaram essa informação para mostrar que esta enzima existe em alguns dos micróbios marinhos mais abundantes. Eles acreditam que este composto é provavelmente a fonte do gás metano sendo liberado na atmosfera acima do oceano.

p O metano produzido nos oceanos representa cerca de 4 por cento do total que é descarregado na atmosfera, e uma melhor compreensão de onde esse metano está vindo poderia ajudar os cientistas a explicar melhor seu papel nas mudanças climáticas, dizem os pesquisadores.

p “Compreender o ciclo global do carbono é muito importante, especialmente quando falamos sobre mudanças climáticas, "diz Catherine Drennan, professor de química e biologia do MIT e investigador do Howard Hughes Medical Institute. "De onde realmente vem o metano? Como está sendo usado? Compreender o fluxo da natureza é uma informação importante em todas essas discussões."

p Drennan e Wilfred van der Donk, professor de química da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, são os autores seniores do artigo, que aparece na edição online de 7 de dezembro de Ciência . Os principais autores são David Born, um estudante de pós-graduação no MIT e na Universidade de Harvard, e Emily Ulrich, um estudante de graduação na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

p Resolvendo o mistério

p Muitas bactérias produzem metano como um subproduto de seu metabolismo, mas a maioria dessas bactérias vive em ambientes pobres em oxigênio, como as profundezas do oceano ou o trato digestivo dos animais - não perto da superfície do oceano.

p Vários anos atrás, van der Donk e um colega da Universidade de Illinois William Metcalf encontraram uma possível pista para o mistério do metano do oceano:eles descobriram uma enzima microbiana que produz um composto chamado metilfosfonato, que pode se tornar metano quando uma molécula de fosfato é clivada dele. Esta enzima foi encontrada em um micróbio chamado Nitrosopumilus maritimus, que vive perto da superfície do oceano, mas a enzima não foi prontamente identificada em outros micróbios do oceano como seria de se esperar.

p A equipe de Van der Donk conhecia a sequência genética da enzima, conhecido como metilfosfonato sintase (MPnS), o que lhes permitiu pesquisar outras versões dele nos genomas de outros micróbios. Contudo, toda vez que eles encontraram uma correspondência potencial, a enzima acabou sendo uma enzima relacionada chamada hidroxietilfosfonato dioxigenase (HEPD), que gera um produto que é muito semelhante ao metilfosfonato, mas não pode ser clivado para produzir metano.

p Van der Donk perguntou a Drennan, um especialista em determinar estruturas químicas de proteínas, se ela pudesse tentar revelar a estrutura do MPnS, na esperança de que isso os ajudasse a encontrar mais variantes da enzima em outras bactérias.

p Para encontrar a estrutura, a equipe do MIT usou cristalografia de raios-X, que eles executaram em uma câmara especial sem oxigênio. Eles sabiam que a enzima requer oxigênio para catalisar a produção de metilfosfonato, então, ao eliminar o oxigênio, eles foram capazes de obter instantâneos da enzima conforme ela se ligava aos parceiros de reação necessários, mas antes de realizar a reação.

p Os pesquisadores compararam os dados de cristalografia do MPnS com a enzima HEPD relacionada e encontraram uma diferença pequena, mas crítica. No sítio ativo de ambas as enzimas (a parte da proteína que catalisa as reações químicas), existe um aminoácido chamado glutamina. Em MPnS, esta molécula de glutamina se liga ao ferro, um cofator necessário para a produção de metilfosfonato. A glutamina é fixada em uma orientação de ligação de ferro pelo volumoso aminoácido isoleucina, que está diretamente abaixo da glutamina no MPnS. Contudo, no HEPD, a isoleucina é substituída por glicina, e a glutamina está livre para se reorganizar de modo que não esteja mais ligada ao ferro.

p "Estávamos procurando diferenças que levassem a produtos diferentes, e essa foi a única diferença que vimos, "Born diz. Além disso, os pesquisadores descobriram que mudar a glicina no HEPD para isoleucina foi suficiente para converter a enzima em um MPnS.

p Uma enzima abundante

p Ao pesquisar bancos de dados de sequências genéticas de milhares de micróbios, os pesquisadores encontraram centenas de enzimas com a mesma configuração estrutural vista em sua enzima MPnS original. Além disso, todos estes foram encontrados em micróbios que vivem no oceano, e um foi encontrado em uma cepa de um micróbio oceânico extremamente abundante conhecido como Pelagibacter ubique.

p Ainda não se sabe qual é a função dessa enzima e de seu produto nas bactérias do oceano. Acredita-se que os metilfosfonatos sejam incorporados a moléculas gordurosas chamadas fosfonolipídios, que são semelhantes aos fosfolipídios que constituem as membranas celulares.

p "A função desses fosfonolipídios não está bem estabelecida, embora sejam conhecidos há décadas. Essa é uma pergunta muito interessante de se fazer, "Born diz." Agora sabemos que eles estão sendo produzidos em grandes quantidades, especialmente no oceano, mas não sabemos realmente o que eles fazem ou como beneficiam o organismo. "

p Outra questão fundamental é como a produção de metano por esses organismos é influenciada pelas condições ambientais do oceano, incluindo temperatura e poluição, como escoamento de fertilizantes.

p "Nós sabemos que a clivagem do metilfosfonato ocorre quando os micróbios estão famintos por fósforo, mas precisamos descobrir quais nutrientes estão ligados a isso, e como isso está conectado ao pH do oceano, e como isso está conectado à temperatura do oceano, "Drennan diz." Precisamos de todas essas informações para sermos capazes de pensar sobre o que estamos fazendo, para que possamos tomar decisões inteligentes sobre a proteção dos oceanos. "