Метилотрофы называют C1– использующими формами, а тип питания – метилотрофией. В группе метилотрофных бактерии присутствуют облигатные и факультативные виды. Первые растут только, используя одноуглеродные соединения, вторые – могут расти на средах с другими веществами. Среди метилотрофов есть микроорганизмы различных систематических групп.

Представители метилотрофов

Метилотрофы составляют таксономически неоднородную группу, не связанную родством. К этой группе микробов относятся грамположительные бактерии, грамотрицательные бактерии, дрожжи. По способности использовать одновалентный углерод и другие углеродные соединения, метилотрофы делятся на две группы: облигатные и факультативные.

Облигатные метилотрофы

Облигатные метилотрофы способны развиваться только на одноуглеродных субстратах. К ним относятся отдельные виды родов: Methylococcus, Methylomonas, Methylosinus, Methylocystis, Methylobacillus, Methylophilus, Methylophaga, Мethylovorusи Methylobacterium. В большинстве своем это грамотрицательные эубактерии с различной морфологией и размерами клеток, подвижные и неподвижные. Относятся к облигатным аэробам. Тип метаболизма – дыхательный.

При росте на метаноле характеризуются сложной системой внутриплазматических мембран двух типов:

  • мембраны, представленные стопками плотно упакованных везикулярных дисков, распределенных по всей цитоплазме;
  • мембраны, имеющие вид ламелл, расположенных по периферии клетки.

Факультативные метилотрофы

Факультативные метилотрофы – бактерии, способные одновременно с одноуглеродными соединениями использовать и некоторые полиуглеродные соединения. К ним относятся отдельные представители родов: Pseudomonas, Arthrobacter, Mycobacterium, Bacillus, Acetobacter, Achromobacter, Nocardia, Hyphomicrobium, Brevibacterium.

По морфологии, окраске по Грамму, подвижности, эти бактерии различны. Единственный общий признак – способности расти на C1– соединениях.

Особенности метаболизма металотрофов

Использование метилотрофами C1– соединений в конструктивном и энергетическом метаболизме сформировало у них специфические пути их ассимиляции и окисления.

Ключевым метаболитом, на уровне которого расходятся конструктивные и энергетические пути, для метилотрофов является формальдегид. Часть его превращается в вещества клетки по специфическим для метилотрофов ассимиляционным циклическим путям(рибулозомонофосфатному, сериновому и восстановительному пентозофосфатному). Другая, большая часть, подвергается окислению через формиат до углекислоты, что приводит к образованию АТФ.

В окислительном метаболизме C1– соединений у метилотрофов участвуют следующие виды переносчиков дыхательной цепи: флавопротеины, хиноны, цитохромы типа a, b, c, o.

Количество энергии, выделяющейся при окислении одноуглеродных соединений соответствующими дегидрогеназами, определено местом поступления электронов в дыхательную цепь. При окислении метанола в формальдегид метанолгидрогеназой, электроны поступают в дыхательную цепь на уровне цитохрома c. Это приводит к синтезу одной молекулы АТФ. На какие переносчики дыхательной цепи передаются электроны от формальдегида и формиата точно не установлено.

Распространение метилотрофов

Метилотрофные микробы распространены повсеместно. Это связано с широким распространением в природе одноуглеродных соединений. Ежегодно в атмосферу из болот, прудов, органического ила, промышленных отходов, недр земли, желудков жвачных животных и прочих источников поступает 1015 грамм метана. В атмосфере он не накапливается, поскольку его используют метанокисляющие бактерии. Кроме того, метан подвергается фотоокислению с образованием метанола. В природе обнаруживаются и такие соединения, как формальдегид, формиат, формамид, цианиды и их соли, метиламины. Это также определяет места распространения метилотрофов.

Использование метилотрофов

Метилотрофные бактерии – перспективные объекты биотехнологии. Они находят огромное практическое применение.

Биомасса метилотрофных микробов характеризуется высоким содержанием белка и аминокислот. В частности содержание лизина составляет до 5,8% от сухой массы. Перевариваемость бактериальной биомассы составляет 85–98 %, что позволяет использовать ее, как кормовую добавку.

Биотрансформация метилотрофами органических веществ также имеет промышленное значение. Иммобилизованные бактерии, клеточные экстракты или очищенные ферменты окисления одноуглеродных соединений катализируют неспецифическое окисление ряда соединений:алициклических, гетероциклических, ароматических углеводородов, спиртов с длинной углеродной цепью, фенолов. При их биотрансформации получают продукты, имеющие потенциально важное промышленное значение. В частности, из пропилена – пропиленоксид, являющийся субстратом для синтетических полимеров.

Метилотрофы – продуценты аминокислоты серина, витамина B12, убихинонов Q8, Q9, Q10, метаксина, внеклеточных полизахаридов, поли-β-гидроксибутирата (полимера, имеющего промышленное значение как заменитель пластмасс, подверженный биодекградации).

Перспективным является использование метилотрофных бактерий, как биокатализатора, для обнаружения выбросов метана в угольных шахтах и для очистки сточных вод от метилсодержащих соединений.

Метилотрофы служат основой для создания генно-инженерных штаммов – продуцентов эукариотических белков медицинского и ветеринарного назначения.

(c) Справочник AgroXXI