הערכה ביולוגית של מתאן ואמוניה שמקורן בגז החנקן באמצעות חיידקים מטאנו-טרופיים לייצור מזונות מועילים למעי

הפיכת גזי פסולת לתזונה מועילה

מתאן נתפס לעתים כגז חממה בעייתי הנדלף ממכרות, מאתרי פסולת וממשקים חקלאיים, בעוד שחנקן מהאוויר הופך בדרך כלל לדשן במפעלים אינטנסיביים מבחינת צריכת אנרגיה. המחקר הזה מראה ששני הגזים יכולים להילכד ולהזין חיידקים מיוחדים המייצרים אבקה מזינה עשירה בחלבון. עוד יותר מעניין — אבקה זו, כאשר נצרכת, עשויה לסייע בהגנה על המעי ולהרגיע סימני דלקת מעי בעכברים. העבודה מקשרת בין מיחזור גזים ידידותי לאקלים לבין בריאות בעלי חיים, ומציעה עתיד שבו גזים מבוזבזים מומרצים לרכיבי תזונה חכמים למזון מרעה.

ממתאן פראי למזון שימושי

בסין וברבות ממדינות אחרות נמלטים כמויות גדולות של מתאן מיצוא דלקים מאובנים ומאתרי טיפול בפסולת. משום שהגז מפוזר ויקר להעברה בצנרת, פעמים רבות פשוט שורפים אותו ובכך מבזבזים את פחמיו. במקביל, מגדלי בעלי חיים מסתמכים במידה רבה על סויה וקומץ דגים מיובאים כאספקת חלבון למאכל. הכותבים טוענים שחיידקים מטאנו-טרופיים — מיקרואורגניזמים שאוכלים מתאן באופן טבעי — מציעים דרך לטפל בשני הבעיות במקביל. בגידול במכלים, חיידקים אלה יכולים להמיר מתאן ל"חלבון חד‑תאי", ביומסה יבשה שניתן לערבב לתערובות מזון לבעלי חיים, ובכך להקל על הלחץ על אדמות חקלאיות ומקווי דיג תוך ניצול מקורות גז מקומיים.

הזנת החיידקים באמוניה שמקורה באוויר

כדי לגדול היטב, חיידקים אלו הזקוקים למתאן גם צריכים חנקן, אחד מאבני הבניין העיקריות של חלבון. במקום להשתמש במלחים ניטראטיים היקרים יותר, הצוות התמקד באמוניה המיוצרת מחנקן גזי בתהליך נקי מתפתח שכולל שימוש באור וחשמל. חמצן המופק מהפרדת אוויר יכול לספק במקביל את צרכי הנשימה של החיידקים. קישור בין שלבים כימיים אלה לבין תהליך התסיסה יכול ליצור מערכת קומפקטית ומקומית: האוויר מופרד לחנקן וחמצן, החנקן מומר לאמוניה, ובשילוב עם מתאן — שלושת הגזים מוזנים לחיידקים המייצרים חלבון בקרבת החוות שזקוקות לו.

להפוך את האמוניה לבטוחה עבור המיקרובים

מכשול מרכזי הוא שאמוניה, אף שהיא מקור חנקן מועדף לרוב המיקרואורגניזמים, מעובדת חלקית בצורה לקויה על ידי חיידקי אוכלי‑מתאן. האנזים שלהם שמחמצן מתאן פועל גם על האמוניה ויוצר הידרוקסילאמין, ביניים רעיל שמאט את הצמיחה. באמצעות ניתוח שעתוק של הגנום המלא, החוקרים מיפו כיצד החיידק Methylotuvimicrobium sanxanigenens מגיב כאשר מגדלים אותו על אמוניה במקום על ניטראט. הם מצאו הפעלה חזקה של גנים המעורבים בהתמודדות עם הידרוקסילאמין ואישרו כי גם תרכובת זו וגם המוצר שלאחריה, ניטריט, מצטברים בהזנת אמוניה. בהובלת תובנות אלה הם הנדסו את התאים לייצר בכמות גבוהה אנזים בשם הידרוקסילאמין רדוקטאז, שממיר ישירות את הביניים הרעיל חזרה לאמוניה בלתי מזיקה בתוך התא, וכך מפחית את הצטברותו ומקל על הלחץ התאי.

הגברת ייצור חלבון תאי עשיר בחומרי תזונה

כיוונון גנטי לבדו לא הספיק; גם כמות ותזמון אספקת האמוניה היו חשובים. המחברים פיתחו אסטרטגיית הזנה‑מאוחדת שבה מוסיפים אמוניה בהדרגה ושומרים אותה מתחת לסף רעילות. במכל תסיסה בנפח 3 ליטר, השושלת המהונדסת הגיעה לצפיפויות תאים גבוהות בהרבה ולהגברה של פי 18 בפרודוקטיביות החלבון בהשוואה לתרביות אמוניה קודמות. מדידות קפדניות הראו ש"חלבון תאי מטאנו‑טרופי" שהתקבל מכיל רמות גבוהות של חומצות אמינו חיוניות וכמויות ניכרות של פוליסכרידים, עם פרופיל תזונתי השווה לדגני דג, ביצה וחלב. אותרה גם חלקיקת פפטידים קטנים עם פעילות אנטי‑דלקתית פוטנציאלית, והביו‑מסה עברה בדיקות בטיחות לאנדוטוקסינים, מה שתומך בשימוש בה כרכיב מזון.

הגנה על המעי והרגעה של דלקת

כדי לבדוק האם חלבון מיקרוביאלי זה מציע יתרונות מעבר לתזונה בסיסית, הצוות הזין אותו לעכברים עם קוליטיס שהושרה כימית, מודל נפוץ למחלת מעי דלקתית. עכברים שקיבלו את החלבון איבדו פחות משקל, קיבלו ציוני מחלה נמוכים יותר והציגו המעי העוקל ארוך ובריא יותר בבדיקה פתולוגית. פרוסות רקמה הראו פחות כיבים ופחות נזק מבני, בעוד שחלבון מרכזי היוצר מחסום ברירית המעי, Occludin, חזר לרמות גבוהות יותר. רמות האותות הדלקתיים במעי ירדו ואותות אנטי‑דלקתיים עלו. במקביל, הרכב מיקרוביוטת המעי השתנה ממינים מזיקים לכיוון קהילות שמייצרות חומצות שומן קצרות שרשרת וחומרים מועילים אחרים. מטבוליטים מסוימים הקשורים להפחתת דלקת ולשיפור מטבוליזם האנרגיה הפכו לשכיחים יותר, ואף בעכברים בריאים נצפו חיזוק מחסומי המעי ושיפור בהרכב המיקרוביוטה לאחר מתן החלבון.

קו צינור מגז למעי לעתיד ירוק יותר

בעיקרו של עניין, עבודה זו יוצרת גשר בין אקלים ובריאות: מתאן וחנקן מהאוויר מומרים לרכיב מזון פונקציונלי שמזין בעלי חיים ועוזר לשמור על מעי עמיד. על ידי פתרון מחסום הרעילות שהגביל בעבר שימוש באמוניה, המחברים מראים שחיידקים המוזנים במתאן ניתנים לגידול ביעילות ובכלכליות על אמוניה שמקורה באוויר. אם יופעל בקנה מידה גדול, גישה זו עשויה לצמצם פליטות מתאן מבוזבזות, להפחית את התלות במקורות חלבון מסורתיים, ולהקטין את הצורך באנטיביוטיקה ובתרופות אחרות בייצור בעלי חיים על ידי חיזוק בריאות המעי מבפנים החוצה.

ציטוט: Gao, Z., Liu, Y., Jiao, S. et al. Biological valorization of methane and nitrogen gas-derived ammonia via methanotrophic bacteria for gut-beneficial nutrients. Nat Commun 17, 3803 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70448-6

מילות מפתח: חיידקים מטאנו-טרופיים, חלבון חד‑תאי, מיחזור מתאן, מיקרוביום המעי, תוספת מזון פונקציונלית