Mecanismos de inhibición de la metanogénesis con lovastatina y análisis de la expresión génica

Abstract

Methanogenic archaea coexist within the rumen microbiota, converting CO2 into CH4 and using H2 as an electron donor. Methane is a potent greenhouse gas that impacts climate change and global warming. Lovastatin (Lv) is a drug used to decrease hypercholesterolemia in human beings and can be used to reduce CH4 production from ruminants. This review shows that there are several synergistic mechanisms that can directly disrupt methanogenesis. Mevalonic acid is a crucial precursor for the synthesis of methanogen’s isoprenoids. It is also a metabolite found in microorganisms of the Eukarya and Archaea domains. The β-hydroxy acid form of Lv is a competitive inhibitor of the reductase 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A (HMGCR), a crucial enzyme for the synthesis of isoprenoid precursors. In most reports, this is the mechanism for the inhibition of methanogenesis associated with Lv. However, alternate mechanisms for inhibition of methanogenesis have been reported, such as inhibition of cofactor F420-dependent enzymes and the increase in the concentration of acetyl-CoA synthesized from methyl-H4MPT. The expression of some essential genes in the metabolic pathway of Methanobrevibacter smithii methanogenesis has been studied under conditions of inhibition with Lv treatment. Results indicated an increased expression of the HMGCR gene, whereas the expression of NADP-oxidoreductase dependent on coenzyme F420 gene (fno) was significantly reduced.Las arqueas metanogénicas (AM) coexisten con la microbiota ruminal y utilizan H2 como donador de electrones para convertir CO2 en CH4. Este último es un potente gas atmosférico causante del efecto invernadero que tiene un impacto importante en el calentamiento global y el cambio climático. La lovastatina (Lv) es un medicamento para el tratamiento de hipercolesterolemia en humanos que también reduce la producción de CH4 en rumiantes. Esta revisión demuestra que existen diversos mecanismos sinérgicos que en conjunto afectan directamente la metanogénesis. El ácido mevalónico es el precursor clave de la síntesis de isoprenoides, los cuales constituyen la membrana de las AM. La Lv β-hidroxiácida, que es la forma activa de la molécula, es un inhibidor competitivo de la enzima reductasa 3-hidroxi-3-metilglutaril-coenzima A (HMGCR), que es clave para la producción de los precursores de isoprenoides que forman la membrana de AM. Este es el mecanismo al cual se atribuye principalmente la inhibición de la metanogénesis con Lv. Se han reportado mecanismos alternos que inciden en la inhibición de la metanogénesis, tales como la supresión de las enzimas de la metanogénesis que dependen del cofactor F420 y el aumento de la concentración de la acetil-coenzima A sintetizada a partir de metil-tetrahidrometanopterina (metil-H4MPT). Se ha estudiado la expresión de algunos genes clave en la ruta metabólica de la metanogénesis en Methanobrevibacter smithii en condiciones de inhibición con Lv. Se ha demostrado que se incrementó la expresión del gen de la HMGCR y se redujo la del gen de la NADP-oxidorreductasa dependiente de la coenzima F420 (NFOR)