Bakterie żyjące na wulkanach żywią się jonem amonowym
Bakterie żywiące się metanem potrafią także rozkładać jon amonowy. Bakterie, które żyją w ekstremalnych wulkanicznych warunkach, odgrywają istotną rolę w redukcji gazów cieplarnianych emitowanych w wulkanach. Ta zdolność była już znana w stosunku do metanu. Najnowsza publikacja mikrobiologów z holenderskiego Universytetu Radbouda odkrywa przed nami ich dodatkową zdolność dotyczącą jonu amonowego.
W okolicach Neapolu, po drugiej stronie miasta niż słynny Wezuwiusz, znajdują się potężna kaldera, czyli zagłębienie powstałe w wyniku eksplozji wulkanicznej. Miejsce to znane jest jako Pole Flegryjskie i jest śladem po potężnym wybuchu, który miał miejsce około 40 tysięcy lat temu, doprowadził do czasowego globalnego obniżenia temperatury o 1-2 stopnie i być może był odpowiedzialny za wyginięcie neandertalczyków w Europie. Częścią tej kaldery jest Solfatara di Pozzuoli, wciąż aktywne źródło gorących wyziewów dwutlenku węgla, siarkowodoru i pary wodnej. Starożytni Rzymianie wierzyli, że właśnie Solfatara di Pozzuoli jest wejściem do Hadesu. Współcześni badacze są tam z zupełnie innego powodu.
W 2007 roku grupa badawcza dr Arjana Pola z holenderskiego Uniwersytetu im. Radbouda w Nijmegen odkryła w pobliżu Solfatary di Pozzuoli bakterie żywiące się metanem, zdolne do życia w ekstremalnych warunkach, sięgających nawet 100 stopni Celsjusza i bardzo niskiego pH na poziomie 1-3 (takie bakterie nazywamy ekstremofilami). Co więcej, okazało się, że bakterie rozwijają się tylko w środowisku bogatym w rzadko występujące na Ziemi minerały – cer i lantan. Wyniki tamtych badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”.
Od tego czasu holenderscy badacze z Nijmegen prowadzą wokół włoskich wulkanów intensywne badania, rozwijające wyniki tamtych pierwszych odkryć dotyczących bakterii ekstremofilnych. Od 2015 roku zespołem badaczy kieruje profesor Huub op den Camp, kierownik katedry Mikrobiologii kwaśnych ekosystemów wulkanicznych Universytetu im. Radbouda.
Badania tego zespołu dowiodły, że odkryte wcześniej bakterie są zdolne do degradacji jonu amonowego (amonu), a nie tylko – jak dotąd uważano – metanu. To ważna właściwość, która umożliwia tym bakteriom utrzymanie się przy życiu w środowiskach, w których występują. Takie systemy środowiskowego jak wulkany, wysypiska śmieci czy pola ryżowe wyróżniają się bowiem bardzo dużą koncentracją tego związku azotowego, toksycznego w tak dużej ilości.
Wyniki badań opublikowane zostały w czasopiśmie “Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” (PNAS). Artykuł opisuje cały proces i wskazuje na potencjalne duże znaczenie tego odkrycia dla badań i działań związanych z gazami cieplarnianymi i ich wpływ na zmiany środowiskowe i klimatyczne.
Toksyczna hydroksyloamina powstaje w wyniku rozkładu amonu. Dzięki enzymowi mHAO opisanemu w artykule PNAS, bakterie te mogą rozkładać ten związek do tlenku azotu (NO), który można dalej przekształcić w azotyn (NO2-) lub podtlenek azotu (N2O), który jest nietoksyczny dla bakterii. To pozwala im radzić sobie z wysokimi stężeniami amonu.
– Badane przez nas cykle zmian grup pierwiastków są znacznie bardziej skomplikowane niż dotąd zakładaliśmy – wyjaśnia prof. Huub Op den Camp – Bakterie zjadające metan zwykle nie są związane z emisją azotu. Obecnie wydaje się, że oprócz bakterii, które normalnie utleniają amon w glebie, biorą w tym udział również te bakterie.
Odkrycie może zmieć istotne znacznie dla badań związanych z ochroną środowiska i redukcją gazów cieplarnianych. Żeby to było możliwe należy ustalić, czy i w jaki sposób można wykorzystać te bakterie w różnych procesach przemysłowych, podobnie jak to się udało w przypadku bakterii anammox, odkrytych w tym samym laboratorium, które dziś pracują nad redukcją odpadów azotowych na reaktorach i w oczyszczalniach ścieków.
Badania źródłowe:
Wouter Versantvoort, Arjan Pol, Mike S. M. Jetten, Laura van Niftrik, Joachim Reimann, Boran Kartal, Huub J. M. Op den Camp: Multiheme hydroxylamine oxidoreductases produce NO during ammonia oxidation in methanotrophs. Proceedings of the National Academy of Sciences Sep 2020, 202011299; DOI: 10.1073/pnas.2011299117
Opracowano na podstawie:
Artykuły Methane-eating bacteria like nitrogen too oraz In search of volcano inhabitants opublikowane na stronie Radboud University
Artykuł Bakterie anammox pomogą w oczyszczaniu ścieków i zmniejszeniu efektu cieplarnianego opublikowany na stronie Narodowego Centrum Nauki
Informacje ogólne na temat kaldery Solfatara di Pozzuoli – blog Italia by Natalia
