Бактерии из глубоководных гидротермальных источников помогут понять восстановление закиси азота
Закись азота (N2O) — третий по мощности парниковый газ после диоксида углерода и метана. Её атмосферные концентрации растут с доиндустриальной эпохи, что делает восстановление N2O глобальной задачей.
Единственный известный биологический сток N2O в биосфере — микробная денитрификация, завершающаяся восстановлением N2O до безвредного азота. Эта реакция уникальна для микроорганизмов, обладающих N2O-редуктазой (NosZ).
Исследователи из Университета Хоккайдо, RIKEN и Вашингтонского университета изучили молекулярные механизмы восстановления N2O у вида Nitrosophilus labii HRV44T, открытого в 2020 году в глубоководном гидротермальном источнике. Результаты опубликованы в iScience.
Команда разработала метод анализа временнóй динамики экспрессии генов (транскриптома) с использованием РНК, извлечённой из очень малого числа клеток.
«Временнóй транскриптомный анализ HRV44T в ответ на N2O оказался сложнее, чем ожидалось», — сказала автор-корреспондент Саяка Мино.
Новый метод требует всего 1 нг матричной РНК (mRNA), что позволяет работать с низкой плотностью клеток.
Анализ показал, что N2O не является критическим индуктором экспрессии генов денитрификации, включая nos-гены. Они экспрессируются в анаэробных условиях даже в отсутствие оксидов азота как акцепторов электронов.
«Мы предполагаем, что эта особенность может способствовать эффективному энергетическому метаболизму в средах гидротермальных источников, где альтернативные акцепторы электронов иногда истощаются», — отметил Роберт М. Моррис.
Статистический анализ данных также показал, что ген nosZ, по-видимому, отрицательно регулируется транскрипционными факторами, которые обычно функционируют как активаторы.
«Наше исследование расширяет понимание регуляторных механизмов, контролирующих экспрессию генов у N2O-редуцирующих организмов, и может помочь увеличить их способность утилизировать N2O», — сказал первый автор Дзиро Цутия.
Глубоководные гидротермальные среды с их резкими градиентами — горячие точки биоресурсов. Это исследование демонстрирует потенциал их микроорганизмов для смягчения последствий выбросов N2O.
Поиск микробных ресурсов с высокой эффективностью восстановления парниковых газов и изучение их молекулярных механизмов будут способствовать разработке технологий биоремедиации.