Os metanótrofos (por vezes chamados metanófilos) são procariotas capazes de metabolizar metano como única fonte de carbono e energia, o que se denomina metanotrofia. Estes microrganismos podem crescer aeróbica ou anaerobicamente e requerem compostos de um só carbono para viver.
Em condições aeróbicas, combinam oxigénio e metano para formar formaldeído, o qual incorporam posteriormente em moléculas orgânicas pela via da serina ou pela via da ribulose monofosfato (RuMP).
Os metanótrofos de tipo I pertencem às Gammaproteobacteria e utilizam a via da RuMP para assimilar o carbono.
Os metanótrofos de tipo II pertencem às Alphaproteobacteria e utilizam a via da serina para a asimilação do carbono.
Caracterizam-se também por possuírem um sistema de membranas internas no qual ocorre a oxidação do metano. Os metanótrofos vivem principalmente nos solos e são especialmente comuns em ambientes próximos de zonas de produção de metano. Os seus possíveis habitats incluem os oceanos, lodo, pântanos, ambientes subterrâneos, solos, campos de arroz e aterros de resíduos. São de especial interesse para os investigadores que estudam o aquecimento global, já que são significativos no balanço global do metano.Oremland, R. S.; Culbertson, C. W. (1992). "Importance of methane-oxidizing bacteria in the methane budget as revealed by the use of a specific inhibitor". Nature 356 (6368): 421. Bibcode:1992Natur.356..421O. doi 10.1038/356421a0. Holmes, AJ; Roslev, P; McDonald, IR; Iversen, N; Henriksen, K; Murrell, JC (1999). "Characterization of methanotrophic bacterial populations in soils showing atmospheric methane uptake". Applied and environmental microbiology 65 (8): 3312–8. PMC 91497. PMID 10427012.
A capacidade que os metanótrofos têm de desintoxicar alguns poluentes ambientais, como os hidrocarbonetos clorados, fez deles modelos atraentes para os processos de biorremediação. Igualmente, o metano é um potencial gás de efeito estufa, muito mais potente que o dióxido de carbono. Por tanto, os metanótrofos desempenham um papel principal na redução da libertação de metano para a atmosfera em ambientes como os campos de arroz, aterros e terrenos pantanosos, onde a produção de metano é relativamente alta.
Os metanótrofos dividem-se em vários grupos segundo o método que utilizem para a fixação do formaldeído e a estrutura das suas membranas. Entre eles estão as Methylococcaceae e as Methylocystaceae. Embora ambos os grupos sejam proteobactérias, pertencem a diferentes subclasses. Outras espécies de metanótrofos encontram-se entre os Verrucomicrobia.
A metanotrofia é um caso especial de metilotrofia, que usa compostos de um só carbono mais reduzidos que o dióxido de carbono. No entanto, alguns metilótrofos podem também usar compostos de vários carbonos, o que os diferencia dos metanótrofos, que são geralmente organismos exigentes que oxidam o metano ou o metanol. Os únicos metanótrofos facultativos isolados até agora são membros dos géneros Methylocella e Methylocystis.
Em termos funcionais, os metanótrofos consideram-se bactérias que oxidam metano, mas nem todas as bactérias que oxidam metano são metanótrofos dos solos, pelo que estas bactérias se dividem em quatro subgrupos: dois grupos de bactérias que assimilam o metano (MAB), que são os metanótrofos por excelência, e dois grupos de bactérias que oxidam o amoníaco autótrofas (AAOB).
Os metanótrofos oxidam metano começando primeiro pela redução de um átomo de oxigénio a H2O2 e a transformação do metano em CH3OH (metanol) utilizando as enzimas metano monooxigenases (MMOs).Hanson, R. S.; Hanson, T. E. (1996). "Methanotrophic bacteria". Microbiological reviews 60 (2): 439–471. PMC 239451. PMID 8801441. Além disso, isolaram-se dois tipos de MMO dos metanótrofos: as metano monooxigenases solúveis (sMMO) e as metano oxigenases particuladas (pMMO). As células que contêm pMMO têm maiores capacidades de crescimento e maior afinidade pelo metano do que as que contêm sMMO. Suspeita-se que os iões de cobre possam desempenhar um papel chave tanto na regulação como na catálise enzimática das pMMO, o que limita as células com pMMO a viver em ambientes mais ricos em cobre do que as células que produzem sMMO.Lieberman, R. L.; Rosenzweig, A. C. (2004). "Biological Methane Oxidation: Regulation, Biochemistry, and Active Site Structure of Particulate Methane Monooxygenase". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 39 (3): 147–164. doi:10.1080/10409230490475507. PMID 15596549.
Investigações feitas em ambientes marinhos revelaram que o metano pode ser oxidado anaerobicamente por consórcios de arqueias que oxidam metano e bactérias que reduzem sulfato (estes dois organismos devem colaborar). A oxidação anaeróbica do metano ocorre principalmente em sedimentos marinhos anóxicos. O mecanismo exato da oxidação do metano em condições anaeróbicas ainda é debatido, mas a teoria mais amplamente aceite é que as arqueias usam a via da metanogénese inversa para produzir dióxido de carbono e outra substância desconhecida. Este intermediário desconhecido é utilizado depois pelas bactérias que reduzem o sulfato para obter energia da redução do sulfato a sulfureto de hidrogénio. Os metanótrofos anaeróbios não estão relacionados com os metanótrofos aeróbicos conhecidos; os organismos cultivados mais próximos dos metanótrofos anaeróbicos são os metanogéneos da ordem Methanosarcinales.
Recentemente, identificou-se uma nova bactéria chamada Candidatus Methylomirabilis oxyfera que pode acoplar a oxidação anaeróbica do metano à redução de nitrito sem necessidade de ter um parceiro sintrófico.Ettwig, K. F.; Butler, M. K.; Le Paslier, D.; Pelletier, E.; Mangenot, S.; Kuypers, M. M. M.; Schreiber, F.; Dutilh, B. E.; Zedelius, J.; De Beer, D.; Gloerich, J.; Wessels, H. J. C. T.; Van Alen, T.; Luesken, F.; Wu, M. L.; Van De Pas-Schoonen, K. T.; Op Den Camp, H. J. M.; Janssen-Megens, E. M.; Francoijs, K. J.; Stunnenberg, H.; Weissenbach, J.; Jetten, M. S. M.; Strous, M. (2010). "Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria". Nature 464 (7288): 543–548. doi:10.1038/nature08883. PMID 20336137. Baseando-se nos estudos de Ettwig et al., acredita-se que a M. oxyfera oxida metano anaerobicamente utilizando o oxigénio produzido internamente a partir da dismutação do óxido nítrico nos gases nitrogénio e oxigénio.
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