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なぜメタンで温暖化は起きないか？
メタンは地球上のさまざまな自然環境で微生物の働きによって生産されている。海洋でも海底に堆積した有機物を原料にメタンが発生している。メタンはCO2の20倍以上という強力な温室効果ガスのため、メタンがそのまま大気中に放出されると地球温暖化への影響が心配される。
しかし、酸素がある条件では、海底の堆積物から生成されたメタンは、途中で微生物によって大部分がCO2に分解されると考えられている。また、微生物が、酸素がない条件でも大量のメタンを分解していることが明らかになっている。しかし、その一連の酵素反応には多くの謎が残されている。これまでに「メタン分解の最初の反応は、メタン生成反応を逆転させたような反応である」という仮説が提唱されていたが、生体内で起きているとは考えにくいものであった。また、技術的な困難から証明されていなかった。
今回研究者らは、メタン分解反応を行っている黒海海底の微生物層を採取し、ある程度精製しただけの、混ざりものが残る試料からメタン分解酵素だけを結晶化することに成功し、X線解析によってその立体構造を世界で初めて明らかした。これにより、メタン生成酵素の親類がメタンを分解することなどが分かった。
本研究成果は、2011年11月27日（英国時間）発行の英国科学誌「Nature」のオンライン速報版で公開された。
メタン生成酵素MCRとは？
メタンは、酸素がない条件でメタン生成微生物が持つ酵素MCRによって生産される。水田や牛の体内、あるいは汚水処理場などにはメタン生成微生物が住み着いており、代表的なメタン生産環境になっている。また、海洋には大量のメタンがメタンハイドレート（メタンが水分子のカゴ構造の中に閉じ込められたもの）として埋蔵されており、将来のエネルギー源として期待されている。一方、メタンのネガティブな側面も話題に上がっている。メタンはCO2の20倍以上強力な温室効果ガスであり、もし大量に大気中に放出されると地球環境に及ぼす影響が大きいと考えられているからだ。
メタンは、海底でもメタン生成微生物より生産されている。しかし、そのほとんどは、メタン分解微生物によって分解されるため、大気中に放出される量はわずかである（図1）（Angewandte Chemie 2010年）。もし、海底にメタン分解微生物がいないとしたら、大気中に放出されるメタンの強烈な温室効果により、地球は温暖化が進んでしまうだろう。
このメタン分解微生物による分解反応は、無酸素の自然環境でも起こると1960年代から分かっていた。ただ、どのような酵素反応の組み合わせによって分解されているのかは分かっておらず、これまで『最初の反応はMCRが、通常促進するのとは逆の反応を促進することで進む』と信じられてきた。すなわち、メタン生成の逆方向の反応でメタンが分解されていることになる。
メタン生成酵素はメタン分解酵素？
しかし、この逆反応が生体内で実際に起こっているとは考えにくく、また確かめるにしても、技術的困難があった。通常、酵素を研究するには、生体内から、混ざりもののない状態で大量に集める。それには、メタン分解微生物を培養して増やす必要があるが、このメタン分解微生物は増殖速度が非常に遅く、また培養条件の維持が難しいため研究室内では培養できないのだ。
そうした中、黒海の海底に煙突状の大きな微生物層が見つかった（Science 2002年）。そこに含まれる微生物がメタン分解を行っており、ドイツの共同研究グループが潜水艇で微生物層を採取し、私たちはその一部を使って酵素を分析した。その結果この微生物層には、その全たんぱく質の10％近くに及ぶ大量のMCR様酵素が存在することを見いだした。また、遺伝子解析により、このMCR様酵素は、メタン分解微生物由来のものであることが明らかになった（Nature 2003年）。
メタン分解微生物が、メタン生成酵素MCRとよく似た酵素（MCR様酵素）を大量に持っている事実は、上述の仮説を支持している。しかし、この大量に存在していたMCR様酵素は、実はメタンとは全く関係のない異なる反応を促進している可能性もあった。そこで、酵素の促進する反応が実際は何なのかを調べる必要があった。
酵素の結晶化によりX線構造解析が可能に
酵素がどのような反応を促進しているかを調べるためには、酵素活性測定という手法があるが、メタン分解微生物のMCR様酵素は、非常に不安定なため使えない。そこで、酵素の結晶構造からその反応物質を明らかにすることを試みた。メタン生成酵素MCRの結晶構造中には常に反応物質が結合した状態が見られる（Science 1997年）。
しかし、MCR様酵素は微生物群からのものであり、似たような多くの酵素の集合物である。現在の技術ではある程度以上精製することはできない。そこで、あえてその混ざりものの酵素を結晶化に使うことにした。数多くの条件を検討した結果、幸運にも結晶が得られ、X線構造解析により高解像度で解析することができた。自然からの酵素を混ざりものから結晶化したことはこれまで前例がなかった。
こうして、その酵素に何かが結合しているのが観察でき、詳細なモデル化実験の結果、「補酵素M」と「補酵素B」と呼ばれる化合物であることが確認できた。この２つの化合物は、メタン生成酵素MCRでも反応物質として使われていることから、MCR様酵素は、メタン生成酵素MCRと同じ反応を逆向きに進めている（メタンを分解している）MCR分解酵素であることの強力な証拠になる。それ以外にも興味深い構造がいろいろと見つかった。
メタン分解酵素はメタン生成酵素が変化したものだった
これまで、メタン生成とメタン分解の酵素MCRのアミノ酸配列が似ていることから、共通の祖先を持つ親類の酵素であることは分かっていた。今回の解析により、似た配列にも関わらずアミノ酸のいくつかにメタン生成酵素MCRには認められない構造が付加されていることが分かった。それぞれが存在する環境と機能に応じて異なる進化をしたものと考えられる。
本研究で、メタン分解酵素MCRがどのようにメタンを分解するか、その実体が明らかになった。メタン分解代謝の全容を明らかにするには、そのほかのいくつもの酵素の仕組みも調べる必要があるが、微生物によるメタン生成とメタン分解の仕組みを理解することは、持続可能な地球環境を考える上でメタン低減の方策を考えるために不可欠な情報である。
また、メタン代謝には「さきがけ」研究の主要課題であるヒドロゲナーゼなどのほかにも有用な酵素がたくさんある。今後も自然から多くを学び、メタン代謝を総合的に理解していき、将来的には、微生物由来の酵素の機能を人工的に模倣したエネルギー生産技術につなげていきたいと考えている。
メタン菌とメタン分解菌
メタン菌（Methanogen）とは嫌気条件でメタンを合成する古細菌の総称である。別名、メタン生成菌ともいう。動物の消化器官や沼地、海底堆積物、地殻内に広く存在し、地球上で放出されるメタンの大半を合成している。分類上は全ての種が古細菌ユリアーキオータ門に属しているが、ユリアーキオータ門の中では様々な位置にメタン菌が現れており、起源は古いと推測される。35億年前の地層（石英中）から、生物由来と思われるメタンが発見されている。
メタン菌の持は嫌気環境における有機物分解の最終段階を担っており、偏性嫌気性菌とはいえ、他の古細菌（高度好塩菌や好熱菌など）とは異なり、他の菌と共生あるいは基質の競合の中に生育している。ウシの腸内（ルーメン）や、数は少ないものの人の結腸などにも存在し、比較的身近な場所に生息する生物として認知されている。また、汚泥や水質浄化における応用等も試みられている。
メタン菌は極めて広範な環境に生育するが、メタン生成によるエネルギー獲得の基質はそれほど多様ではない。一般的なメタン菌の生育基質は、二酸化炭素である。 しかし、この他にも多様な炭素源をメタンへと変換できるメタン菌も何種類か存在する。例えば、Methanosarcinacea綱のメタン菌は、一酸化炭素、酢酸、メタノール、メチルチオール、メチルアミンなどを用いることができ、油井から分離された Methanolobus siciliae などはジメチルスルフィドを資化できる。
一方、真正細菌の中には、メタンを分解する細菌が多数発見されている。海底下にはメタンを作る細菌とそのメタンを食べてしまう細菌が共存している。海底下には膨大な量のメタンハイドレート（メタンガスが氷状の水分子に閉じ込められた層）が存在するが、決してメタンは作られる一方ではなく、別の生物によって消費もされており、酸素も光も届かない海底下でも、生物がいる以上、生態系は存在し、物質が循環している。（Wikipedia）
参考HP Wikipedia メタン菌 科学技術振興機構 メタン生成酵素の親類がメタンを分解
高知新聞 メタンを食べる菌発見！
 | 禁断のメタン菌―バイオサイエンス小説 |
| クリエーター情報なし | |
| 農林統計出版 |
 | エネルギー革命 メタンハイドレート (家族で読める family book series 003) (家族で読めるfamily book series―たちまちわかる最新時事解説) |
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