Ein Enzym, das das Treibhausgas Lachgas (N2O) bekämpft, könnte Wissenschaftlern eines Tages ein wirksames neues Werkzeug zur Reduzierung der Menge des Gases in der Atmosphäre liefern, teilweise dank neuer Erkenntnisse, die heute in veröffentlicht wurden Natur.
Die Studie beschreibt detailliert, wie das Enzym – N2O-Reduktase – zusammengesetzt wird, und bietet wichtige Einblicke in seine Fähigkeit, Lachgas in harmlosen Stickstoff und Wasser umzuwandeln. Die Forschung wurde von VAI Associate Professor Juan Du, Ph.D., VAI Associate Professor Wei Lü, Ph.D., und Professor Oliver Einsle, Ph.D. von der Universität Freiburg geleitet.
„Die Bekämpfung von Treibhausgasen ist ein gewaltiges, facettenreiches Unterfangen. Die heutigen Ergebnisse sind ein früher, aber wichtiger Schritt zur Entwicklung eines weiteren Instruments zur potenziellen Bekämpfung eines Beitrags zum Klimawandel“, sagte Du.
Treibhausgase fangen Wärme in der Erdatmosphäre ein und tragen zu steigenden globalen Temperaturen bei. Lachgas macht nur etwa 7 % der durch menschliche Aktivitäten verursachten Treibhausgase aus, aber seine Wirkung ist 300-mal so hoch wie die des häufigsten Treibhausgases Kohlendioxid. Laut der US-Umweltschutzbehörde wird Lachgas am häufigsten durch landwirtschaftliche Praktiken wie die Verwendung von Stickstoffdünger erzeugt. Es kann mehr als ein Jahrhundert in der Atmosphäre verbleiben.
N2O-Reduktase wird von bestimmten Mikroben verwendet, um stickstoffbasierte Moleküle als Teil des natürlichen Stickstoffkreislaufs der Erde abzubauen. Die Verwendung von stickstoffreichen Düngemitteln kann die Fähigkeit dieser Mikroben überwältigen, Distickstoffoxid vollständig zu mindern, sodass es in die Atmosphäre entweichen kann. Genau zu verstehen, wie dies geschieht, ist ein entscheidender Schritt hin zu Strategien zur Vermittlung von Lachgas und damit zur Reduzierung der atmosphärischen Konzentrationen.
Die Studie konzentrierte sich auf die Struktur der N2O-Reduktase und die Art und Weise, wie sie mit anderen molekularen Komplexen interagiert. Mithilfe einer Vielzahl von Kartierungs- und Modellierungstechniken entdeckte das Team, dass N2O-Reduktase als Kanal fungiert, der chemische Energie in mechanische Energie umwandelt, die wiederum die Lieferung von Kupferionen antreibt, die für die Bildung von mehr N2O-Reduktase erforderlich sind.
Die Ergebnisse formen einen jahrzehntealten Glauben an dieses entscheidende Kupferabgabesystem um und enthüllen eine neuartige Funktionsweise für ähnliche Moleküle. Obwohl zusätzliche Forschung erforderlich ist, liefern die Ergebnisse einen detaillierten Plan, der in zukünftige Umweltsanierungsstrategien umgesetzt werden kann.
Oliver Einsle, Molekulares Zusammenspiel einer Montagemaschine für Lachgasreduktase, Natur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05015-2. www.nature.com/articles/s41586-022-05015-2