Водород питает важные бактерии, преобразующие азот
Нитрит-окисляющие бактерии — ключевые игроки в естественном круговороте азота на Земле и в биологических очистных сооружениях. Десятилетиями считалось, что эти специализированные бактерии зависят от нитрита как источника энергии. Международная команда учёных под руководством микробиолога Хольгера Даймса из Венского университета показала, что нитрит-окисляющие бактерии могут использовать водород в качестве альтернативного источника энергии. Окисление водорода кислородом позволяет им расти независимо от нитрита и вести образ жизни вне круговорота азота. Исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Science.
Нитрит-окисляющие бактерии важны для круговорота азота, так как преобразуют токсичный нитрит в менее вредный нитрат. «Человечество использует этот процесс в биологической очистке сточных вод. Кроме того, образованный нитрат является субстратом для других важных микробных процессов и источником азота для многих растений», — объясняет Ханна Кох, первый автор исследования и аспирант кафедры микробиологии и экосистемных наук Венского университета.
Nitrospira: нитрит-окислители с удивительными свойствами
Наиболее широко распространённые в окружающей среде нитрит-окисляющие бактерии относятся к роду Nitrospira. Они встречаются в самых разных средах: почве, реках, озёрах, океанах и даже горячих источниках. Кроме того, Nitrospira — ключевые нитрит-окисляющие бактерии на очистных сооружениях.
Анализ генома одного из видов Nitrospira показал, что эта бактерия может использовать водород в качестве альтернативного источника энергии. Этот потенциал был детально изучен.
NanoSIMS в Венском университете для высокоразрешающего анализа отдельных клеток
Зависимый от водорода рост Nitrospira удалось визуализировать в отдельных бактериальных клетках с помощью масс-спектрометра вторичных ионов высокого разрешения (NanoSIMS) в Венском университете. Этот метод позволяет «выстреливать» мелкими частицами из отдельных бактериальных клеток для последующей идентификации с помощью масс-спектрометрии.
Учёные показали, что клетки Nitrospira, использующие водород как источник энергии, включают углекислый газ в свою биомассу. Эта метаболическая активность связана с пролиферацией клеток и стала важным доказательством того, что бактерии Nitrospira действительно используют водород для роста.
Новое понимание экологии нитрит-окислителей
«Окисление водорода не только позволяет Nitrospira колонизировать неожиданные среды обитания, но и поддерживает их активность, когда нитрит недоступен», — объясняет Ханна Кох.
«Это открытие стало для нас большим сюрпризом. Следующим шагом будет изучение того, насколько широко нитрит-окислители в окружающей среде используют водород как источник энергии. Наша цель — лучше понять экологию этих важных бактерий и их значение для глобальных циклов азота и углерода», — добавляет Хольгер Даймс.