باکتری‌های متان‌‌خوار به‌خاطر قابلیتشان برای جذب گاز متان از محیط زیست و تبدیل آن به سوختی قابل‌استفاده موسوم به متانول، مدت‌ها بود که دانشمندان را شیفته خود کرده بودند، اما راز این‌که چگونه این باکتری‌ها چنین واکنش‌های پیچیده‌ای را به‌طور طبیعی انجام می‌دهند تا‌کنون کشف نشده بود.

اکنون یک تیم پژوهشی میان‌رشته‌ای در دانشگاه نورث‌وسترن دریافته‌اند آنزیم تبدیل متان به متانول در باکتری‌های متان‌خوار (methanotrophs) که به‌نام باکتری‌های متان‌دوست(methanophiles) هم شناخته می‌شوند، کاتالیزوری است که این واکنش را در محلی از آنزیم که فقط یک یون مس وجود دارد انجام می‌دهد.

باکتری‌های متان‌دوست می‌توانند به صورت هوازی و بی‌هوازی رشد کنند و از متان به‌عنوان تنها منبع انرژی استفاده می‌کنند و در لجن فاضلاب، رودخانه‌ها، خاک‌های علفزار و... یافت می‌شوند. این باکتری‌ها دارای آنزیمی (پروتئینی)اند که با تقسیم مولکولی اکسیژن به دو اتم اکسیژن و ترکیب یک اتم آن با متان، متان (CH4) را به متانول (CH3OH) تبدیل می‌کنند، واکنشی که در دمای محیط انجام می‌شود. پژوهش اخیر دانشگاه نورث‌وسترن نشان می‌دهد که محل واکنش در این آنزیم حاوی یک یون فلزی مس است.

این یافته می‌تواند به طراحی و ساخت کاتالیزورهای جدیدی بینجامد که متان را به متانول تبدیل کند.

توضیح این نکته لازم است که انتشار گازهای گلخانه‌ای یکی از مهم‌ترین عوامل آلودگی است و تاثیر بسزایی بر آب‌و‌هوای سراسر جهان دارد. متان (CH4) بعد از گاز کربنیک (CO2) دومین عامل منفی تاثیرگذار بر اتمسفر است که با گیر انداختن گرما در لایه اتمسفر و ازن موجب گرم شدن زمین می‌شود. تبدیل متان به سایر منابع جایگزین انرژی مثل متانول روشی موثر برای کاهش میزان متان در اتمسفر است.

به گفته امی سی. رزن‌تسوایگ (Amy C. Rosenzweig)، یکی از پژوهشگران ارشد این تحقیق، «هویت و ساختار یون‌های فلزی که در عملکرد این کاتالیزورها نقش اصلی را دارند تا دهه‌ها مبهم و دست‌نیافتنی باقی مانده بود. مطالعه و تحقیق ما جهشی مهم در فهم چگونگی تبدیل متان به متانول است.»

برایان ام. هافمن (Brian M. Hoffman)، یکی دیگر از پژوهشگران ارشد این تحقیق، می‌گوید «با شناخت و تعیین نوع مس دخیل در در این فرایند، توانسته‌ایم مبنای درک این‌که چگونه طبیعت یکی از دشوارترین واکنش‌های شیمیایی‌اش را انجام می‌دهد پی‌ریزی کنیم.»

باکتری‌های متان‌دوست با اکسیده کردن متان (ترکیب آن با اکسیژن) و تبدیل آن به متانول، دو عامل مزاحم را هم‌زمان از میان برمی‌دارند؛ یعنی نه تنها یک گاز گلخانه‌ای مضر را از بین می‌برند، بلکه سوختی پایدار و قابل‌مصرف در خودروها، تولید برق و انواع مواد شیمیایی تولید می‌کنند.

در فرایندهای صنعتی فعلی، ایجاد چنین واکنشی نیازمند فشار بسیار زیاد و دمای بسیار بالا، حتی بیش از ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد، است که همین باعث می‌شود صرفه اقتصادی نداشته باشند. اما باکتری‌های متان‌دوست، این واکنش را در دمای اتاق و به رایگان انجام می‌دهند. حالا با کشف اخیر، امید می‌رود کاتالیزورهای موجود بهینه‌سازی شوند تا بازتولید این فرایند صرفه اقتصادی داشته باشد.

این پژوهش دهم ماه مه در ساینس دیلی به چاپ رسید.