Мікроб, якому потрібно залізо, щоб «дихати» метаном

У цій установці мікроби, які за допомогою заліза окисляють метан у безкислородному середовищі.

Мікроб, який «їсть» як метан, так і залізо: мікробіологи вже давно підозрювали про його існування, але не могли знайти. Дослідники Університету Неймегена (нідерл. Radboud Universiteit Nijmegen) та Інституту морської мікробіології Товариства Макса Планка (нім. max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie) у Бремені виявили мікроорганізм, який використовує залізо (Fe³ +) для анаеробного окислення метану. Відкриття може бути корисним у справі контролю викидів парникових газів. Матеріали досліджень опубліковані 24 жовтня 2016 року в журналі PNAS.

Від балансу між викидом і поглинанням метану залежить глобальна емісія цього сильнодіючого парникового газу. Команда мікробіологів і біохіміків виявила, що один з видів архей порядку Methanosarcinales використовує залізо для перетворення метану у вуглекислий газ. В ході цього процесу відновлене залізо стає доступним для інших мікробів. Отже, даний мікроорганізм ініціює енергетичний каскад, розуміння якого важливе для вивчення кругообігу заліза і метану.

У вивчених архей є ще одна цікава і важлива особливість. Вони можуть перетворювати нітрат на амоній, який, у свою чергу, перетворюється на газоподібний азот і воду в ході анаммоксу - одного з ключових процесів в круговороті азоту.

Анаммокс (сокр. від англ. anaerobic ammonium oxidation - анаеробне окислення амонію) - один з ключових мікробних процесів в круговороті азоту. Бактерії, що здійснюють цей процес, були відкриті в 1999 році, і тоді опис процесу став великим сюрпризом для наукової спільноти.

Рівняння процесу: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O.

Бактерії, що здійснюють анаммокс, відносяться до філуму Planctomycetes. На даний момент анаммокс був описаний у представників 5 родів бактерій: Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia (всі прісноводні види), а також Scalindua (морські представники).

Анаммокс застосовується для видалення амонію зі стічних вод при їх очищенні.

«Це має велике значення для очищення стічних вод, - говорить мікробіолог Боран Картал (Boran Kartal), один з авторів публікації. - Біореактор, що містить мікроорганізми, здатні до анаеробного окислення метану і амонію, може бути використаний для одночасного перетворення амонію, метану і окислів азоту стічних вод в нешкідний газоодатковий газ».

Цей же процес може виявитися корисним для зниження шкоди при вирощуванні рису. На рисові поля припадає близько 20% антропогенних викидів метану.

Свідчення того, що таке залізо-залежне окислення метану мікробами існує, були, але дослідники досі не могли виділити види, які це роблять. Виявилося, що шукати треба на самому видному місці.

«Після довгих років пошуків, ми знайшли їх у нашій власній колекції зразків, - говорить Майк Йеттен (Mike Jetten) мікробіолог з Університету Неймегена. - Ми зрештою виявили їх у зразках, узятих у каналі Твенте (Twentekanaal) у Нідерландах, які ми тримали в нашій лабораторії протягом багатьох років».

Боран Картал продовжує: "Ми отримали велику кількість біомаси, годуючи мікробів метаном і нітратом. Базуючись на аналізі генома цих мікроорганізмів, ми припустили, що вони можуть також переробляти частинки заліза в поєднанні з окисленням метану. Коли ми перевірили нашу гіпотезу в лабораторії, мікроорганізми зробили свою справу ".

Подальші дослідження повинні розкрити деталі процесу. "Результати заповнять один з пробілів у нашому розумінні анаеробного окислення метану. Тепер ми хочемо зрозуміти, які білкові комплекси беруть участь у процесі ", - говорить Картал.

Відкриття може призвести до більш глибокого розуміння ранньої історії нашої планети. Мільярди років тому археї Methanosarcinales процвітали на Землі з атмосферою, багатою метаном, і океанами з водою з високим вмістом заліза. Тому більш детальна інформація про метаболізм цього організму може пролити нове світло на давню дискусію про роль заліза в обміні речовин на ранній Землі.