财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，嗜甲烷细菌（又称甲烷氧化细菌）每年消耗近3000万吨的甲烷，并且因为有将温室气体转化为可用燃料的强大自然能力，吸引了科学家的注意。然而，研究人员对这一复杂的反应是如何发生的知之甚少，限制了他们利用这一优势的能力。

近期，通过研究细菌内用来催化这种转化的酶，美国西北大学（Northwestern University）的一个团队现在已经发现了可能驱动该过程的关键结构。他们的研究结果已于近期发表在了《科学》杂志上，最终可能导致开发出将甲烷气体转化为甲醇的人造生物催化剂。

论文的资深作者、西北大学的Amy Rosenzweig说：“甲烷有一个非常强的化学键，所以有一种酶能做到这一点是非常了不起的。如果我们不能确切了解酶是如何执行这种困难的化学反应的，我们就无法为生物技术进行应用设计和优化。”

据悉，这种酶被称为颗粒状甲烷单加氧酶（pMMO），是一种特别难以研究的蛋白质，因为它嵌入在细菌的细胞膜中，先前的技术往往会在研究过程中杀死该酶的活性。因此在这项最新的研究中，该团队首先使用了一种全新的技术来研究它。

该研究论文第一作者Christopher Koo设想，通过将酶放回类似于其原生环境的膜中，他们是否能学到一些新东西。Koo利用来自细菌的脂质在一个被称为纳米盘的保护性颗粒内形成一个膜，然后将酶嵌入该膜中。

Koo说，“通过在纳米圆盘内重建酶的自然环境，我们能够恢复酶的活性。然后，我们能够使用结构技术在原子水平上确定脂质双分子层是如何恢复活性的。在此过程中，我们发现了酶中铜位点的完整排列，甲烷氧化很可能发生在这里。”

接下来，研究小组计划使用一种称为低温电子断层扫描（cryo-ET）的前沿成像技术直接在细菌细胞内研究该酶。如果成功的话，研究人员将能够准确地看到该酶在细胞膜中的排列方式，确定它在真正的本地环境中如何运作，并了解该酶周围的其他蛋白质是否与它相互作用。

这些发现将为工程师提供一个关键的缺失环节。他们说，“如果你想优化这种酶，把它插入生物制造途径或消耗甲烷以外的污染物，那么我们需要知道它在本地环境中是什么样子，以及与甲烷在哪里结合。你可以用带有工程酶的细菌从压裂现场采集甲烷，或者清理石油泄漏。”