Метилотрофы

Метилотрофы, или Метилобактерии — аэробные или анаэробные бактерии ^[1], использующие в качестве источников углерода и энергии окисленные или замещённые производные метана, не имеющие С-С связи (около 50 соединений), но неспособные расти на самом метане. Ростовыми субстратами для метилобактерий служат метанол, метиламин, диметиламин, триметиламин, галометаны (хлорметан и дихлорметан), серосодержащие соединения — метансульфоновая кислота, диметилсульфид и многие другие. Некоторые из этих соединений, например, триметиламин — (СН₃)₃N, содержат более одного атома углерода, но не имеют С-С связи. Метилобактерии, в отличие от метанотрофов, не имеют сложной системы внутрицитоплазматических мембран (ВЦМ). По типу питания различают три группы метилобактерий:

• Облигатные — растут только на С₁-соединениях;
• Ограниченно-факультативные — используют наряду с С₁-субстратами одно или несколько полиуглеродных (С_n) соединений;
• Факультативные — используют, кроме С₁-соединений, широкий спектр С_n-соединений.

Также существуют метазотрофы. Это микроорганизмы, способные только окислять, либо ассимилировать, но не расти на С₁-соединениях, то есть не могут использовать их одновременно как источник углерода и энергии. В последние годы установлено, что аэробные метилобактерии повсеместно распространены в природе и вносят жизненно важный вклад в биосферные циклы углерода, азота, фосфора и других биогенных макро- и микроэлементов. Наряду с метанотрофами, метилобактерии являются важнейшим звеном в цепи метаболических превращений летучих С₁-соединений, также своеобразным биофильтром на их пути в тропосферу, уменьшающим опасную вероятность истощения озонового слоя Земли. В связи с тем, что растения являются глобальными продуцентами метанола на Земле метилобактерии часто ассоциированы с растениями влияя на их рост и развитие.

Открытые в конце XIX века аэробные метилобактерии долгое время оставались энигматическими объектами, о чём свидетельствовали редкие публикации. Лишь во второй половине XX века основополагающие исследования Дж. Р. Квейла, Л. Затмана, К. Энтони, М. Лидстром и К. Маррелла, открывших новые ферменты и гены путей С₁-метаболизма, придали мощный импульс развитию метилотрофии как научного направления.

Доступность метанола как возобновляемого субстрата и успехи в расшифровке биохимической и генетической структуры уникальных путей С₁-метаболизма у метилобактерий создали научную основу для промышленной реализации их биотехнологического потенциала.

Метилотрофные микроорганизмы представляют значительный интерес как потенциальные объекты биотехнологии: для производства белка, ферментов, липидов, стеринов, гормонов, антиоксидантов, пигментов, полисахаридов, факторов транспорта железа, первичных и вторичных метаболитов и пр.

На сегодняшний день метилотрофы выявлены среди представителей родов: Acidomonas, Afipia, Albibacter, Aminobacter, Amycolatopsis, Ancylobacter, Angulomicrobium, Arthrobacter, Bacillus, Beggiatoa, Beijerinckia, Burkholderia, Flavobacterium, Granulibacter, Hansschlegelia, Hyphomicrobium, Labrys, Methylarcula, Methylibium, Methylobacillus, Methylobacterium, Methylohalomonas, Methyloligella, Methylonatrum, Methylonatrum, Methylophaga, Methylophilus, Methylopila, Methylorhabdus, Methylorosula, Methylotenera, Methyloversatilis, Methylovirgula, Methylovorus, Mycobacterium, Paracoccus, Pseudomonas, Ruegeria, Xanthobacter.

• Троценко Ю. А., Доронина Н. В., Торгонская М. Л. Аэробные метилобактерии // Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН. 2010. 325 с.
• Nemecek-Marshall M., MacDonald R.C., Franzen J.J., Wojciechowski C.L., Fall R. Methanol emission from leaves // Plant Physiol. 1995. V.108. N.4. P. 1359—1368.
• Kutschera U. Plant-associated methylobacteria as co-evolved phytosymbionts: a hypothesis // Plant Signal. Behav. 2007 V.2. P. 74-78.