Новооткрытая способность бактерий-комаммокс может помочь снизить выбросы закиси азота в сельском хозяйстве
Международная исследовательская группа под руководством Центра микробиологии и наук об окружающей среде (CeMESS) Венского университета обнаружила, что бактерии-комаммокс, впервые идентифицированные ими в 2015 году, могут расти, используя гуанидин — богатое азотом органическое соединение — в качестве единственного источника энергии и азота. Эта уникальная способность открывает новые пути для целенаправленного культивирования этих загадочных микробов и может стать ключом к снижению выбросов закиси азота в сельском хозяйстве.
Результаты исследования недавно опубликованы в журнале Nature.
«Зелёные» нитрификаторы
Бактерии-комаммокс считаются «зелёными» нитрификаторами, потому что, в отличие от многих других нитрификаторов, они производят лишь небольшое количество закиси азота (N2O) в качестве побочного продукта метаболизма и эффективно удаляют соединения азота из сточных вод на очистных сооружениях.
«В недавно опубликованной работе наша команда показала, что бактерии-комаммокс также могут расти на нетрадиционном субстрате — гуанидине», — объясняет Мартон Палатински, первый автор исследования. — «Бактерии-комаммокс используют транспортёр и фермент, структурно и функционально детально охарактеризованные нами, что позволяет им производить аммоний из гуанидина внутри клетки с высокой энергоэффективностью».
Гуанидин является продуктом метаболизма микроорганизмов и растений. Он образуется в почвах при разложении синтетических добавок к удобрениям и в сточных водах при распаде широко используемого лекарства метформина.
Исследовательская группа, включая микробиологов из Центра Гельмгольца по исследованию окружающей среды в Лейпциге и Университета Ольборга в Дании, продемонстрировала, что гуанидин присутствует не только в моче человека, но и в экскрементах скота, и что бактерии-комаммокс утилизируют гуанидин на очистных сооружениях. Они также показали, что гуанидин метаболизируется нитрификаторами в сельскохозяйственных почвах.
Новые возможности для культивирования и снижения выбросов N2O
Венские микробиологи теперь пытаются обогатить и выделить широко распространённые бактерии-комаммокс из образцов окружающей среды с использованием гуанидина, поскольку в настоящее время во всём мире доступен только один штамм в чистой культуре.
«Это кажется особенно перспективным, поскольку ни один из других протестированных нами штаммов нитрификаторов не мог расти с гуанидином в качестве единственного источника энергии и азота», — объясняет Катарина Китцингер, старший научный сотрудник CeMESS.
Команда также хочет исследовать, может ли добавление гуанидина в сельскохозяйственные удобрения увеличить численность бактерий-комаммокс в пахотных почвах, тем самым снизив выбросы закиси азота.
«Эта работа была бы невозможна без тесного сотрудничества многих исследователей, участвующих в кластере передового опыта "Микробиомы определяют здоровье планеты", запущенном в 2023 году», — говорит руководитель исследования Майкл Вагнер.