Méthanotrophe - Methanotroph

Ne doit pas être confondu avec Méthanogène .

Les méthanotrophes (parfois appelés méthanophiles ) sont des procaryotes qui métabolisent le méthane comme source de carbone et libèrent l'énergie de l'oxygène, du nitrate, du sulfate ou d'autres espèces oxydées. Ce sont des bactéries ou des archées , qui peuvent se développer de manière aérobie ou anaérobie et nécessitent des composés à un seul carbone pour survivre.

Les méthanotrophes sont particulièrement fréquents dans ou à proximité des environnements où le méthane est produit, bien que certains méthanotrophes puissent oxyder le méthane atmosphérique . Leurs habitats comprennent les zones humides, les sols, les marais, les rizières, les décharges, les systèmes aquatiques (lacs, océans, ruisseaux) et plus encore. Ils présentent un intérêt particulier pour les chercheurs qui étudient le réchauffement climatique , car ils jouent un rôle important dans le bilan global du méthane, en réduisant la quantité de méthane émise dans l'atmosphère.

La méthanotrophie est un cas particulier de méthylotrophie , utilisant des composés à un seul carbone qui sont plus réduits que le dioxyde de carbone. Certains méthylotrophes, cependant, peuvent également utiliser des composés multicarbonés; cela les différencie des méthanotrophes, qui sont généralement des oxydants exigeants pour le méthane et le méthanol. Les seuls méthanotrophes facultatifs isolés à ce jour sont des membres du genre Methylocella silvestris , Methylocapsa aurea et plusieurs souches de Methylocystis .

En termes fonctionnels, les méthanotrophes sont appelées bactéries oxydant le méthane. Cependant, les bactéries oxydant le méthane englobent d'autres organismes qui ne sont pas considérés comme les seuls méthanotrophes. Pour cette raison, les bactéries oxydant le méthane ont été séparées en sous-groupes : les bactéries assimilatrices de méthane (MAB), les méthanotrophes et les bactéries autotrophes oxydant l'ammoniac (AAOB), qui cooxydent le méthane.

Classification

Les méthantrophes peuvent être des bactéries ou des archées . Les espèces méthanotrophes présentes sont principalement déterminées par la disponibilité des accepteurs d'électrons . De nombreux types de bactéries oxydant le méthane (MOB) sont connus. Les différences dans la méthode de fixation du formaldéhyde et la structure membranaire divisent ces bactéries méthanotrophes en plusieurs groupes. Il existe plusieurs sous-groupes parmi les archées méthanotrophes.

Aérobique

Dans des conditions aérobies, les méthanotrophes combinent l' oxygène et le méthane pour former du formaldéhyde , qui est ensuite incorporé dans des composés organiques via la voie de la sérine ou la voie du ribulose monophosphate (RuMP), et du dioxyde de carbone, qui est libéré. Les méthanotrophes de type I et de type X font partie des gammaprotéobactéries et utilisent la voie RuMP pour assimiler le carbone. Les méthanotrophes de type II font partie des Alphaprotéobactéries et utilisent la voie sérine d'assimilation du carbone. Ils ont également de manière caractéristique un système de membranes internes au sein desquelles se produit l' oxydation du méthane . Les méthanotrophes des gammaprotéobactéries appartiennent à la famille des méthylococcacées . Les méthanotrophes des Alphaprotéobactéries se trouvent dans les familles Methylocystaceae et Beijerinckiaceae .

Les méthanotrophes aérobies sont également connus des Methylacidiphilaceae (phylum Verrucomicrobia ). Contrairement aux gammaprotéobactéries et aux alphaprotéobactéries , les méthanotrophes du phylum Verrucomicrobia sont des mixotrophes . En 2021, un bac bactérien du phylum Gemmatimonadetes appelé Candidatus Methylotropicum kingii montrant une méthanotrophie aérobie a été découvert, suggérant ainsi la présence de méthanotrophie dans les quatre phylums bactériens.

Dans certains cas, l'oxydation aérobie du méthane peut avoir lieu dans des environnements anoxiques. Candidatus Methylomirabilis oxyfera appartient à la bactérie du phylum NC10 et peut catalyser la réduction des nitrites par une voie « intra-aérobie », dans laquelle l'oxygène produit en interne est utilisé pour oxyder le méthane. Dans les lacs d'eau claire, les méthanotrophes peuvent vivre dans la colonne d'eau anoxique, mais reçoivent de l'oxygène d' organismes photosynthétiques , qu'ils consomment ensuite directement pour oxyder le méthane.

Aucune archée méthanotrophe aérobie n'est connue.

Anaérobie

Dans des conditions anoxiques, les méthanotrophes utilisent différents accepteurs d'électrons pour l'oxydation du méthane. Cela peut se produire dans les habitats anoxiques tels que les sédiments marins ou lacustres , les zones à minimum d'oxygène , les colonnes d'eau anoxiques, les rizières et les sols. Certains méthanotrophes spécifiques peuvent réduire les ions nitrate, nitrite, fer, sulfate ou manganèse et les coupler à l'oxydation du méthane sans partenaire syntrophique. Des études en milieu marin ont révélé que le méthane peut être oxydé de manière anaérobie par des consortiums d' archées oxydant le méthane et de bactéries sulfato-réductrices . Ce type d' oxydation anaérobie du méthane (AOM) se produit principalement dans les sédiments marins anoxiques. Le mécanisme exact est toujours un sujet de débat, mais la théorie la plus largement acceptée est que les archées utilisent la voie de méthanogenèse inversée pour produire du dioxyde de carbone et un autre intermédiaire inconnu, qui est ensuite utilisé par les bactéries sulfato-réductrices pour tirer de l'énergie de la réduction. de sulfate en sulfure d'hydrogène et en eau.

Les méthanotrophes anaérobies ne sont pas liés aux méthanotrophes aérobies connus; les parents cultivés les plus proches des méthanotrophes anaérobies sont les méthanogènes de l' ordre des Methanosarcinales .

Espèces spéciales

Methylococcus capsulatus est utilisé pour produire des aliments pour animaux à partir de gaz naturel.

En 2010, une nouvelle bactérie Candidatus Methylomirabilis oxyfera du phylum NC10 a été identifiée qui peut coupler l' oxydation anaérobie du méthane à la réduction des nitrites sans avoir besoin d'un partenaire syntrophique . Sur la base des études d'Ettwig et al., on pense que M. oxyfera oxyde le méthane de manière anaérobie en utilisant l'oxygène produit en interne à partir de la dismutation de l'oxyde nitrique en azote et oxygène gazeux.

Taxonomie

De nombreuses cultures méthanotrophes ont été isolées et formellement caractérisées au cours des cinq dernières décennies, à commencer par l'étude classique de Whittenbury (Whittenbury et al., 1970). Actuellement, 18 genres de Gammaproteobacteria méthanotrophes aérobies cultivées et 5 genres d' Alphaproteobacteria sont connus, représentés par env. 60 espèces différentes.

Oxydation du méthane

Voie RuMP chez les méthanotrophes de type I
Voie de la sérine chez les méthanotrophes de type II

Les méthanotrophes oxydent le méthane en initiant d'abord la réduction d'un atome d'oxygène en H 2 O 2 et la transformation du méthane en CH 3 OH à l'aide de méthane monooxygénases (MMO) . De plus, deux types de MMO ont été isolés des méthanotrophes : la méthane monooxygénase soluble (sMMO) et la méthane monooxygénase particulaire (pMMO) .

Les cellules contenant pMMO ont démontré des capacités de croissance plus élevées et une plus grande affinité pour le méthane que les cellules contenant sMMO. On soupçonne que les ions de cuivre peuvent jouer un rôle clé dans la régulation des pMMO et la catalyse enzymatique, limitant ainsi les cellules pMMO à des environnements plus riches en cuivre que les cellules productrices de sMMO.

Voir également

Les références

Liens externes