Учёные обогатили микробов, восстанавливающих оксид азота, в биореакторе
Оксид азота (NO) — высокореактивная и токсичная молекула, важная для живых организмов и окружающей среды. Она используется как сигнальная молекула, разрушает озоновый слой и является предшественником парникового газа — закиси азота (N2O). Кроме того, NO мог играть ключевую роль в возникновении жизни на Земле, так как был доступен как высокоэнергетический окислитель ещё до появления кислорода.
Несмотря на токсичность, микробы могут использовать NO для роста. Однако исследования на эту тему скудны, и до сих пор такие микроорганизмы не культивировались.
Теперь это изменилось. Учёные под руководством Паломы Гарридо Амадор и Борана Картала из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) сообщили в журнале Nature Microbiology, что им удалось обогатить в биореакторах два неизвестных ранее вида микроорганизмов, растущих на NO.
От очистных сооружений до биореактора
Исследование началось со сбора ила из денитрифицирующего резервуара на очистных сооружениях Бремена. Ил поместили в биореактор и начали инкубацию, подавая NO.
«Поскольку NO токсичен, нам потребовалось специальное оборудование и меры предосторожности для безопасности, — говорит Гарридо Амадор. — Тем не менее, нам удалось поддерживать культуры более четырёх лет, и они до сих пор "счастливы и здоровы"».
Два новых микроорганизма
Условия в биореакторе благоприятствовали микроорганизмам, способным выживать и расти анаэробно на NO. «В итоге в культуре стали доминировать два ранее неизвестных вида, — говорит Боран Картал. — Мы назвали их Nitricoxidivorans perserverans и Nitricoxidireducens bremensis».
«Наблюдения показали, что поведение этих микробов не соответствовало поведению модельных организмов и продемонстрировало ограничения метаболических прогнозов, основанных только на анализе генома», — добавляет Гарридо Амадор.
Значение для окружающей среды и применение для очистки отходов
«В настоящее время мы мало знаем о вкладе микроорганизмов, растущих на NO, в круговорот азота в природных и техногенных средах, — объясняет Картал. — Можно предположить, что они потенциально могут потреблять NO и N2O, выделяемые другими микроорганизмами, уменьшая нитрозативный стресс и минимизируя выброс этих климатически активных газов в атмосферу».
Обогащённые микроорганизмы очень эффективно превращали NO в молекулярный азот (N2). «Практически не было выбросов парникового газа — закиси азота», — отмечает Картал. Это особенно важно для применения: многие другие микроорганизмы превращают NO в закись азота, которая является мощным парниковым газом. N2, напротив, безвреден.
Следующим шагом исследователи планируют культивировать другие NO-дыхательные микроорганизмы из образцов природных и техногенных сред. Это поможет выяснить эволюцию путей восстановления N-оксидов и роль NO в процессах круговорота азота.