Väitös, Biokemia, MSc Maxime Laird

Väitöskirjan nimi: Probing methanogenesis enzymes for C2-substrate reactivity - Towards understanding the metabolism of ethane-oxidising archaea

Väittelijä: Maxime Laird
Vastaväittäjä: professori Antonio J. Pierik, RPTU Kaiserslautern-Landau, Saksa
Kustos: professori Silvan Scheller, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Tässä väitöstyössä tutkittiin metaania tuottavia arkeonien sekä etaania hapettavan arkeonin ( Candidatus Ethanoperedens thermophilumin) entsyymejä ja niiden kykyä katalysoida sellaisia reaktioita, joissa prosessoidaan kahden hiiliatomin sisältäviä ryhmiä (C2). Väitöstyössä haluttiin selvittää miten E. thermophilumin  etaaniaineenvaihdunta toimii. Hypoteesin mukaan E. thermophilumin etaanin hapettaminen perustuu samojen entsyymihomologien reaktioihin kuin metanogeneesissäkin, mutta yksihiilisten reaktioiden (C1) lisäksi ne pystyvät katalysoimaan myös C2-reaktioita. Väitöstyön tulokset haastavatkin yleisen käsityksen siitä, että metanogeneesiä katalysoivat entsyymit olisivat rajoittuneet käyttämään substraatteinaan vain yhden hiilen yhdisteitä. Tulokset yhdistävät etaanista peräisin olevan etyyliryhmän tavanomaisiin C1-yhdisteiden metaboliareitteihin.

Väitöstyössä osoitettiin, että metanogeneesin hapetus-pelkistysreaktioiden kannalta keskeinen hiilenkantajamolekyyli tetrahydrometanopteriini (H4MPT) pystyy prosessoida myös C2-ryhmiä ja lisäksi tekemään sen toista yleistä kantajamolekyylianalogia tetrahydrofolaattia (H4F) paremmin. Lisäksi tutkimustulokset viittaavat siihen, että E. thermophilum ilmentää kahta entsyymiä, metyleeni-H4MPT-reduktaasia (Mer) ja metyyli-H4MPT–koentsyymi M -metyylitransferaasia (Mtr), jotka osallistuvat C2-yhdisteiden muuntamiseen. Molemmat entsyymit osallistuvat myös metanogeeneilla metanogeneesiin, joten niiden on aiemmin ajateltu käyttävän vain C1-yhdisteitä substraatteinaan. Alkaanien hapettamiseen liittyvien reaktioiden termodynamiikan ymmärtämiseksi mitattiin myös koentsyymi B ja koentsyymi M muodostaman heterodisulfidin standardioksidaatio-pelkistyspotentiaali. Tämä yhdiste on keskeinen sekä alkaanien hapetuksessa että metanogeneesissä. Mittaustulokset siis päivittävät aiempaa tutkimustietoa.

Kokonaisuutena tutkimustulokset lisäävät ymmärrystä E. thermophilumin etaaniaineenvaihdunnasta ja tukevat uutta hypoteesiä, jonka mukaan etaaniaineenvaihdunta toimii metanogeneesia muistuttaen H4MPT-välitteisesti, mutta tuottaa välituotteena asetaldehydiä. Lisäksi väitöstyön tulokset viittaavat siihen, että tutkitut entsymaattiset reaktiot kykenevät mahdollisesti käyttämään useammasta hiilestä koostuvia hiiliyhdisteitä substraattinaan, tarjoten näin uusia näkökulmia biosynteettisten sovellusten, kuten biologiseen alkanogeneesiin pohjautuvan hiilivetytuotannon, kehittämiseen.

Avainsanat: tetrahydrometanopteriini, etaani, metyylitransferaasi, substraatti promiskuiteetti, oksidoreduktaasi, Ethanoperedens thermophilum, Methanothermobacter marburgensis

Yhteystiedot: 
maximelaird@gmail.com 
https://www.linkedin.com/in/maxime-laird/ 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.