Et stød til kulstofbinding i havet

Globale oceaner absorberer omkring 25% af den kuldioxid, der frigives til atmosfæren, når fossile brændstoffer afbrændes. Elektricitetsspisende bakterier kendt som fotoferrotrofer kan give et boost til denne vigtige proces, ifølge ny forskning fra Washington University i St. Louis.

Forskere ledet af Arpita Bose, assisterende professor i biologi i kunst og videnskab, fandt ud af, at bakterier fundet i brakke sedimenter kan "spise" elektricitet og, i processen, absorberer og låser klimavarmende kuldioxid væk. Denne usædvanlige færdighed blev tidligere anset for at være næsten eksklusiv for ferskvandsbakterier, men kan være almindelig hos marine bakterier. Undersøgelsen blev offentliggjort 30. maj i The ISME Journal , et officielt tidsskrift for International Society of Microbial Ecology.

"Disse mikrober fikserer og binder kuldioxid, og de kan både 'spise' elektricitet og udføre fotoferrotrofi, " sagde Bose. "Photoferrotrofer bruger opløseligt jern som en elektronkilde til fotosyntese, mens de fikserer kuldioxid. Havmiljøer er gode steder for dem, fordi de er rige på mange ting, de har brug for.

"Vi er interesserede i disse mikrober på grund af deres rolle i kulstofbinding, " sagde hun. "Måske kan disse mikrober være vigtige for at bekæmpe klimaændringer."

De første fotoferrotrofer, som forskerne isolerede i 1990'erne, kom fra ferskvandsøkosystemer. Kun to marine fotoferrotrofer er tidligere blevet opdaget, men disse bakterier er svære at holde i live i et laboratoriemiljø.

"Dette hæmmede virkelig undersøgelser af marine fotoferrotrofer, " sagde Bose.

Til det nye arbejde, Bose vendte tilbage til et af sine yndlingssteder for at jage bakterier, Woods Hole, Massachusetts, og Trunk River-mundingen. der, hun og medlemmer af hendes team isolerede 15 nye stammer af den almindelige marine anoxygene fototrofiske bakterie Rhodovulum sulfidophilum.

"Vi fandt ud af, at alle Rhodovulum-stammerne var i stand til fotoferrotrofi, og vi brugte AB26 som en repræsentativ stamme for at vise, at den også kan forbruge elektricitet, " sagde Bose.

I laboratoriet, bakterierne var i stand til at høste elektroner direkte fra en elektricitetskilde; i det vilde, de høster sandsynligvis elektroner gennem rust og andre jernmineraler, der er naturligt rigelige i marine sedimenter.

Forskerne udførte derefter nogle yderligere tests med en af ​​stammerne for yderligere at belyse den vej, som bakterierne bruger til direkte at forbruge elektroner. Et hidtil ukendt elektronoverførselsprotein ser ud til at være nøglen til processen, selvom der er behov for yderligere forskning for specifikt at beskrive den molekylære mekanisme.

"Anoxygene fototrofer, ligesom Rhodovulum sulfidophilum, er bredt udbredt i marine økosystemer, " sagde Dinesh Gupta, postdoc ved University of California, Berkeley, og medførsteforfatter af den nye undersøgelse, som udførte denne forskning som kandidatstuderende i Bose-laboratoriet. "Denne undersøgelse er den første til at undersøge, om de kan bruge uopløselige/fastfase-stoffer som elektrondonorer, og om denne elektronoptagelsesproces kan kædes sammen med kulstofbinding eller kuldioxidfiksering i havet."

Fordi disse bakterier er almindelige og trives allerede i marine sedimenter, de har muligvis allerede en nøgle til fremtidige manipulerede tilgange til klimaændringer, sagde Bose.

"Vi er nødt til at forstå omfanget af kulstofbinding, de kan udføre i naturen, da det kan være et kryptisk stofskifte, " sagde Bose. "Vi kunne også forstærke det yderligere - både for bioteknologi og for miljøet. Denne undersøgelse er et stort skridt, sætter scenen for mange fremtidige studier."