Vědci identifikovali dříve neznámou buněčnou strukturu v gastrointestinálních mikrobech, která se zdá být hlavním zdrojem emisí metanu u skotu a dalších přežvýkavců. Tento objev publikovaný v časopise Science poukazuje na specifický biologický mechanismus, který může nabídnout nové cílené strategie pro snížení uhlíkové stopy zemědělského sektoru.
Skrytá rostlina v bachoru
Tato studie se zaměřuje na bachor, první komoru žaludku u přežvýkavců, jako jsou krávy, ovce a kozy. Tato „fermentační lázeň“ je domovem komplexního ekosystému mikrobů, které rozkládají rostlinnou hmotu. Mezi těmito mikroby jsou jednobuněční prvoci známí jako bičíkovci (nebo nálevníci), pokrytí výběžky podobnými vlasům.
Přestože bičíkovci tvoří přibližně 25 % mikrobiální populace v bachoru, bylo historicky obtížné je studovat kvůli jejich složité genetice a tendenci vyměňovat si DNA s jinými organismy. K překonání tohoto problému tým čínských vědců izoloval jednotlivé bičíkové buňky ze 100 dojnic, což jim umožnilo sekvenovat DNA 65 bičíkatých druhů, z nichž 45 nebylo nikdy předtím geneticky analyzováno.
Tato práce vedla k objevu nové organely (specializované oddělení v buňce) nazývané hydrogenobody.
Jak hydrogenosomy pohánějí produkci metanu
Význam hydrogenosomu spočívá v jeho funkci: produkuje vodík. V bachoru tento vodík jednoduše neunikne; pohání další skupinu mikrobů zvaných archaea, které spotřebovávají vodík k výrobě metanu, silného skleníkového plynu.
Dříve vědci věděli, že produkce vodíku stimuluje tvorbu metanu, ale nedokázali přesně určit kde v bičíkové buňce tento vodík vzniká. Nový výzkum potvrzuje, že zdrojem jsou hydrogenosomy. Tyto struktury se liší od jiných organel produkujících energii, jako jsou hydrogenosomy nebo mitochondrie, v tom, že mají pouze jednu membránu spíše než dvojitou. Shlukují se na bázi řasinek, chlupatých výběžků, které dávají těmto mikrobům jejich jméno.
Vědci zjistili přímou souvislost:
* Bičíkovci s více hydrogenosomy produkují více vodíku.
* Více vodíku vede ke zvýšené aktivitě metanogenních archeí.
* V důsledku toho krávy s vyšší populací těchto konkrétních bičíků produkují více metanu.
Bodový dopad na mikroby, ne na celou populaci
Tento objev vyvolává důležité otázky, jak snížit emise metanu bez poškození produktivity dobytka. Předchozí pokusy o úplné odstranění bičíků z bachoru vedly ke snížení emisí metanu, ale také způsobily výrazný pokles dojivosti a produkce masa. To naznačuje, že zatímco někteří bičíkovci jsou pro klimatické účely škodlivé, jiní mohou hrát prospěšnou roli při trávení a zdraví zvířat.
Nová data umožňují jemnější přístup. Studie ukazuje, že bičíkovci z čeledi Vestibuliferida jsou zvláště „chlupatí“ (mají mnoho řasinek) a obsahují více hydrogenosomů, což z nich činí hlavní přispěvatele k produkci metanu. Zároveň rodina Entodiniomorphida má méně řasinek a méně přispívá k problému.
„Znalost fyziologických rozdílů mezi druhy prvoků by mohla pomoci vyvinout způsoby, jak vyčerpat konkrétní druhy, a snížit tak emise metanu, aniž by to ohrozilo produkci mléka a masa,“ vysvětluje Todd Callaway, mikrobiolog z University of Georgia.
Cesta vpřed
I když je identifikace hydrogenosomu průlomová, praktická aplikace je ještě daleko. Úplné odstranění bičíků vyžaduje extrémní opatření, jako je izolace hospodářských zvířat v uzavřených chlévech a krmení sterilizovanou pícninou, což není pro většinu farem ekonomicky ani logisticky proveditelné.
Místo toho se budoucí výzkum pravděpodobně zaměří na vývoj intervencí, které specificky inhibují růst bičíků produkujících metan, jako je Vestibulliferida, při zachování prospěšných druhů. Jak poznamenává Callaway, tento objev je „krokem jedna z možná 25“, ale poskytuje základní biologickou mapu potřebnou k navigaci směrem k udržitelnější živočišné výrobě.
Na závěr, objev hydrogenosomu posouvá zaměření od obecného potlačení střevních mikrobů k cílenému zacílení specifických buněčných mechanismů odpovědných za přebytek metanu, což nabízí slibnou cestu k zelenějšímu zemědělství.
