Mikrober kan vokse på nitrogenoxid

Nitrogenoxid er et fascinerende og alsidigt molekyle, vigtigt for alt levende såvel som vores miljø. Det er meget reaktivt og giftigt; det bruges som et signalmolekyle; det nedbryder ozonlaget i vores planets atmosfære; og det er forløberen for drivhusgassen lattergas (N ₂ O). Kvælstofoxider er også forurenende stoffer, der udledes med udstødningsgasser, fra forbrændingsmotorer i biler, og er skadelige for menneskers sundhed.

Spændende nok, længe før der var ilt på jorden, nitrogenoxid var tilgængelig som en højenergioxidant, og kunne have spillet en grundlæggende rolle i fremkomsten og udviklingen af ​​liv på Jorden. En undersøgelse foretaget af Max-Planck-videnskabsmanden Boran Kartal og hans kolleger nu offentliggjort i Naturkommunikation kaster et nyt lys over mikrobielle transformationer af dette molekyle.

Ja, det kan de – med konsekvenser for vores klima

Et stort spørgsmål om nitrogenoxid forblev ubesvaret indtil nu:Kan organismer bruge det til at vokse?

Det skulle man tro, Kartal forklarer, "som nitrogenoxid har eksisteret siden livets fremkomst på jorden." Imidlertid, der er ikke fundet nogen mikrobe, der vokser på NO - indtil nu. Kartal og hans kolleger fra Radboud Universitet i Holland har nu opdaget, at de anaerobe ammoniumoxiderende (anammox) bakterier direkte bruger NO til at vokse. I detaljer, disse mikroorganismer kobler ammoniumoxidation til NO-reduktion, producerer intet andet end dinitrogengas (N ₂ ) i processen.

Sidstnævnte - den eneste produktion af N ₂ - er særligt spændende:Nogle mikrober omdanner NO til lattergas (N ₂ O), som er en kraftig drivhusgas. N ₂ , i modsætning, er harmløs. Dermed, hvert NO-molekyle, der omdannes til N ₂ i stedet for N ₂ O er et molekyle mindre, der bidrager til klimaændringer. "På denne måde anammox-bakterier reducerer mængden af ​​NO tilgængeligt for N ₂ O produktion, og reducere mængden af ​​frigivet drivhusgas", Kartal forklarer. "Vores arbejde er interessant for at forstå, hvordan anammox -bakterier kan regulere N ₂ O- og NO-emissioner fra naturlige og menneskeskabte økosystemer, såsom spildevandsrensningsanlæg, hvor disse mikroorganismer bidrager væsentligt til N ₂ -frigivelse til atmosfæren."

Genovervejer nitrogenkredsløbet

Nitrogenoxid er et centralt molekyle i det globale kredsløb af nitrogen. "Disse resultater ændrer vores forståelse af jordens nitrogenkredsløb. Nitrogenoxid er primært blevet tænkt som et toksin, men nu viser vi, at anammox-bakterier kan leve af at omdanne NO til N ₂ ", siger Kartal.

Nærværende undersøgelse rejser nye spørgsmål. "Anammox, en globalt vigtig mikrobiel proces i nitrogenkredsløbet, der er relevant for jordens klima, fungerer ikke som vi antog det gjorde. "Desuden er andre mikrober end dem, der er undersøgt her, kunne også bruge NO direkte. Anammox-bakterier findes over hele planeten. "I denne forstand, anammox -mikroberne, der vokser på nitrogenoxid, kan også være stort set overalt ", Kartal fortsætter.

Et svar, mange nye spørgsmål

Nu, Kartal og hans gruppe på Max Planck Instituttet i Bremen udforsker forskellige økosystemer fra hele verden, på jagt efter specialiserede nitrogenoxidomdannende mikroorganismer. De ønsker at forstå bedre, hvordan mikrober bruger NO i miljøer både med og uden ilt. Dette vil sandsynligvis bane vejen for opdagelsen af ​​nye enzymer involveret i nitrogenoxid-transformation. "I bund og grund, vi ønsker at forstå, hvordan organismer kan leve af NO."

Hvad er anammox?

Anammox, forkortelse for anaerob ammoniumoxidation, er en globalt vigtig mikrobiel proces i nitrogencyklussen. Det foregår i mange naturlige og menneskeskabte miljøer. I processen, nitrit- og ammoniumioner omdannes direkte til dinitrogen og vand og nitrat.

Anammox er ansvarlig for cirka 50% af N ₂ gas produceret i havene. Det fjerner således store mængder biotilgængeligt kvælstof fra havene. Dette næringsstof nitrogen er så ikke længere tilgængeligt for andre organismer; på denne måde kan anammox kontrollere oceanisk primær produktivitet.

Anammox-processen er også af interesse i spildevandsrensning. Fjernelse af nitrogenforbindelser ved hjælp af anammox-bakterier er væsentligt billigere end traditionelle metoder og reducerer udledningen af ​​drivhusgassen CO ₂ .