Микроб, которому нужно железо, чтобы «дышать» метаном

+7 926 604 54 63 address
 В этой установке микробы, которые с помощью железа окисляют метан в бескислородной среде.
В этой установке микробы, которые с помощью железа окисляют метан в бескислородной среде.

Микроб, который «ест» как метан, так и железо: микробиологи уже давно подозревали о его существовании, но не могли найти. Исследователи Университета Неймегена (нидерл. Radboud Universiteit Nijmegen) и Института морской микробиологии Общества Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie) в Бремене обнаружили микроорганизм, который использует железо (Fe3+) для анаэробного окисления метана. Открытие может быть полезно в деле контроля выбросов парниковых газов. Материалы исследований опубликованы 24 октября 2016 года в журнале PNAS.

От баланса между выбросом и поглощением метана зависит глобальная эмиссия этого сильнодействующего парникового газа. Команда микробиологов и биохимиков обнаружила, что один из видов архей порядка Methanosarcinales использует железо для преобразования метана в углекислый газ. В ходе этого процесса восстановленное железо становится доступным для других микробов. Следовательно, данный микроорганизм инициирует энергетический каскад, понимание которого важно для изучения круговорота железа и метана.

У изучаемых архей есть ещё одна интересная и важная особенность. Они могут преобразовывать нитрат в аммоний, который, в свою очередь, превращается в газообразный азот и воду в ходе анаммокса — одного из ключевых процессов в круговороте азота.

Анаммокс (сокр. от англ. anaerobic ammonium oxidation — анаэробное окисление аммония) — один из ключевых микробных процессов в круговороте азота. Бактерии, осуществляющие этот процесс, были открыты в 1999 году, и тогда описание процесса стало большим сюрпризом для научного сообщества.

Уравнение процесса: NH4+ + NO2 → N2 + 2H2O.

Бактерии, осуществляющие анаммокс, относятся к филуму Planctomycetes. На данный момент анаммокс был описан у представителей 5 родов бактерий: Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia (все пресноводные виды), а также Scalindua (морские представители).

Анаммокс применяется для удаления аммония из сточных вод при их очистке.

«Это имеет большое значение для очистки сточных вод, — говорит микробиолог Боран Картал (Boran Kartal), один из авторов публикации. — Биореактор, содержащий микроорганизмы, способные к анаэробному окислению метана и аммония, может быть использован для одновременного преобразования аммония, метана и окислов азота сточных вод в безвредный газообразный азот и углекислый газ», который менее вреден как парниковый газ, чем метан.

Этот же процесс может оказаться полезным для снижения вреда при выращивании риса. На рисовые поля приходится около 20% антропогенных выбросов метана.

Свидетельства того, что такое железо-зависимое окисление метана микробами существует, имелись, но исследователи до сих пор не могли выделить виды, которые это делают. Оказалось, что искать надо на самом видном месте.

«После долгих лет поисков, мы нашли их в нашей собственной коллекции образцов, — говорит Майк Йеттен (Mike Jetten) микробиолог из Университета Неймегена. — Мы, в конце концов, обнаружили их в образцах, взятых в канале Твенте (Twentekanaal) в Нидерландах, которые мы держали в нашей лаборатории в течение многих лет».

Боран Картал продолжает: «Мы получили большое количество биомассы, кормя микробов метаном и нитратом. Основываясь на анализе генома этих микроорганизмов, мы предположили, что они могут также перерабатывать частицы железа в сочетании с окислением метана. Когда мы проверили нашу гипотезу в лаборатории, микроорганизмы сделали своё дело».

Дальнейшие исследования должны раскрыть детали процесса. «Результаты заполнят один из пробелов в нашем понимании анаэробного окисления метана. Теперь мы хотим понять, какие белковые комплексы участвуют в процессе», — говорит Картал.

Открытие может привести к более глубокому пониманию ранней истории нашей планеты. Миллиарды лет назад археи Methanosarcinales процветали на Земле с атмосферой, богатой метаном, и океанами с водой с высоким содержанием железа. Поэтому более подробная информация о метаболизме этого организма может пролить новый свет на давнюю дискуссию о роли железа в обмене веществ на ранней Земле.

.
Комментарии