Сюрприз: один организм вместо двух отвечает за нитрификацию
До недавнего времени его не могли найти, пока не обнаружили в аквариуме на несколько этажей ниже кафедры микробиологии Университета Радбауда: один-единственный организм, способный осуществлять полный процесс нитрификации. Раньше микробиологи считали, что за ступенчатое окисление аммиака до нитрата через нитрит отвечают две различные группы бактерий. Журнал Nature опубликовал результаты 26 ноября — они имеют значение для климатических исследований и очистки сточных вод.
«Я заметила нечто странное в лаборатории уже довольно давно», — объясняет микробиолог Университета Радбауда Маартье ван Кессель. «Потребление азота в моем биореакторе, казалось, не имело смысла и не соответствовало микроорганизмам, присутствующим в культуре. Мы видели ферменты, ответственные за окисление аммиака, но не могли найти ни одного известного микроорганизма, окисляющего аммиак».
Её коллега Себастьян Люкер добавляет: «Спустя некоторое время мы смогли связать все эти ферменты с одним единственным организмом. К удивлению, он принадлежит к семейству Nitrospira, которое хорошо известно своей способностью окислять нитрит до нитрата. Но его никогда не связывали с окислением аммиака до нитрита — первой стадией процесса нитрификации». Эти вновь обнаруженные характеристики Nitrospira могут помочь микробиологам и инженерам по всему миру лучше интерпретировать данные со своих реакторов, в том числе на полномасштабных станциях очистки сточных вод.
Сюрприз в подвале
Как выяснилось, микробиологи буквально сидели на решении своей проблемы. Новые характеристики Nitrospira были обнаружены у бактерий, культивированных из биофильтров, прикрепленных к аквариумам в отделе исследований физиологии животных, расположенном на несколько этажей ниже отдела микробиологии Университета Радбауда.
Плохой парень оказывается хорошим
Известные бактерии анаммокс превращают аммиак и нитрит в газообразный диазот без использования кислорода. Всегда считалось, что Nitrospira конкурирует с анаммоксом, отбирая у него нитрит. Но с нынешним открытием кажется, что Nitrospira на самом деле всё это время помогала анаммоксу, поставляя ему дополнительный нитрит. Идеальный пример плохого парня, который в итоге оказывается хорошим.
«Наше открытие этого давно разыскиваемого организма изменит знания в учебниках, — объясняет Люкер. — Я также считаю, что это будет иметь большое значение для климатических исследований». Соединения азота оказывают прямое и косвенное влияние на нашу окружающую среду и климат. Например, они являются важными удобрениями для растений, но избыток азота приведет к эвтрофикации. «Теперь мы лучше понимаем распространенность в окружающей среде микроорганизмов, окисляющих аммиак, и процесс нитрификации. В результате исследователям глобальных изменений придется скорректировать свои оценки потенциала нитрификации в глобальном цикле азота».
Очистка сточных вод
Кроме того, текущее открытие имеет жизненно важное значение для таких процессов, как очистка сточных вод, где нитрификация помогает удалять аммиак из воды. Ван Кессель: «Мы уже получили образцы от нашего партнера по очистке сточных вод, чтобы проанализировать, активна ли эта новая Nitrospira в их системах».
В ходе этого исследования микробиологи Университета Радбауда узнали о похожем открытии коллег из Вены (Австрия) — где Себастьян Люкер также несколько лет назад защитил докторскую диссертацию. В настоящее время Люкер является стипендиатом Инициативы совершенства Радбауда в Университете Радбауда. «В Вене много знаний о Nitrospira, — объясняет он. — Сейчас обе группы публикуют результаты по Nitrospira друг за другом в одном выпуске журнала Nature».