微生物学：亜酸化窒素の還元を触媒する新たな細菌タンパク質ファミリー

亜酸化窒素（N₂O）は、地球温暖化や気候変動の駆動要因であり、地球の大気においてこれまでにない濃度に達している。現在のN₂Oの発生源はN₂Oの吸収源を上回っており、N₂Oを消費する過程についての包括的な理解の必要性が高まっている。酵素であるN₂Oレダクターゼ（N₂OR）を発現する微生物は、N₂Oを気候変動に関して中立な窒素分子（N₂）へと変換する。既知のN₂ORはカノニカルなクレードIやクレードIIのNosZレダクターゼに属し、N₂O還元のための重要な酵素であると考えられている。本論文で我々は、N₂O還元に役割を持つ、これまで知られていなかったタンパク質ファミリー、クレードIIIラクトナーゼ型N₂OR（L-N₂OR）について報告する。L-N₂ORはカノニカルなNosZの配列とは異なるが、タンパク質の三次元構造の特徴は保存されている。生理学、メタゲノム、プロテオーム、構造モデル化を統合した研究によって、L-N₂ORはN₂Oの還元を触媒することが実証された。L-N₂OR遺伝子は複数の門に見られ、それらは主に、地理的に広く分布する未培養タクソンであった。我々の知見は、既知のN₂ORの多様性を拡大し、これまで知られていなかったタクソン（例えばニトロスピナ門〔Nitrospinota〕）がN₂O消費に関与することを示している。今回、N₂ORの多様性が拡大し、N₂O還元に関わる新たなタイプの触媒が特定されたことで、N₂O吸収源についての理解が進み、温室効果ガス排出や気候変動モデル化に影響があり、N₂O排出制限を目的とした革新的な生物工学の機会が広がる。

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