Uno dei bioreattori che Kartal e i suoi colleghi hanno usato per far crescere le cellule K. stuttgartiensis nel laboratorio. Il colore rosso vivo è dovuto alla presenza nelle cellule di proteine del citocromo c contenenti ferro. I batteri Anammox sono ricchi di proteine di tipo citocromo c, compresi gli enzimi che eseguono le reazioni chiave del processo anammox, rendendo le cellule notevolmente rosse. Credito:Boran Kartali
L'ossido nitrico è una molecola affascinante e versatile, importante per tutti gli esseri viventi e per il nostro ambiente. È altamente reattivo e tossico; è usato come molecola di segnalazione; impoverisce lo strato di ozono nell'atmosfera del nostro pianeta; ed è il precursore del gas serra protossido di azoto (N 2 O). Gli ossidi di azoto sono anche inquinanti scaricati con i gas di scarico, ad esempio dai motori a combustione delle automobili, e sono dannosi per la salute umana.
intrigante, molto prima che ci fosse ossigeno sulla Terra, l'ossido nitrico era disponibile come ossidante ad alta energia, e potrebbe aver giocato un ruolo fondamentale nell'emergere e nell'evoluzione della vita sulla Terra. Uno studio dello scienziato di Max-Planck Boran Kartal e colleghi ora pubblicato su Comunicazioni sulla natura getta una nuova luce sulle trasformazioni microbiche di questa molecola.
Sì, possono, con implicazioni per il nostro clima
Una delle principali domande sull'ossido nitrico è rimasta senza risposta fino ad ora:gli organismi possono usarlo per crescere?
Si potrebbe pensare così, "Spiega Kartal, "come l'ossido nitrico è in circolazione dall'emergere della vita sulla terra". Però, non è stato trovato nessun microbo che cresce su NO, fino ad ora. Kartal e i suoi colleghi della Radboud University nei Paesi Bassi hanno ora scoperto che i batteri anaerobici ossidanti l'ammonio (anammox) usano direttamente l'NO per crescere. In dettaglio, questi microrganismi accoppiano l'ossidazione dell'ammonio alla riduzione di NO, producendo nient'altro che gas diazoto (N 2 ) nel processo.
Quest'ultimo, l'unica produzione di N 2 —è particolarmente interessante:alcuni microbi convertono l'NO in protossido di azoto (N 2 o), che è un potente gas serra. n 2 , in contrasto, è innocuo. Così, ogni molecola di NO che si trasforma in N 2 invece di N 2 O è una molecola in meno che contribuisce al cambiamento climatico. "In questo modo, i batteri anammox riducono la quantità di NO disponibile per N 2 Oh produzione, e ridurre la quantità di gas serra rilasciati", Kartal spiega. "Il nostro lavoro è interessante per capire come i batteri anammox possono regolare N 2 Emissioni di O e NO da ecosistemi naturali e artificiali, come gli impianti di trattamento delle acque reflue, dove questi microrganismi contribuiscono in modo significativo a N 2 -rilasciare nell'atmosfera."
Kuenenia stuttgartiensis , qui visto al microscopio elettronico a trasmissione, è un microrganismo modello anammox, che cresce come singole cellule. È una specie d'acqua dolce presente anche negli impianti di trattamento delle acque reflue. Credito:Laura van Niftrik
Ripensare il ciclo dell'azoto
L'ossido nitrico è una molecola centrale nel ciclo globale dell'azoto. "Questi risultati cambiano la nostra comprensione del ciclo dell'azoto terrestre. L'ossido nitrico è stato pensato principalmente come una tossina, ma ora mostriamo che i batteri anammox possono guadagnarsi da vivere convertendo NO in N 2 ", dice Kartal.
Il presente studio solleva nuove domande. "Anamox, un processo microbico di importanza globale del ciclo dell'azoto rilevante per il clima terrestre, non funziona nel modo in cui pensavamo che funzionasse." Inoltre, anche altri microbi oltre a quelli esaminati qui potrebbero utilizzare direttamente l'NO. I batteri Anammox si trovano in tutto il pianeta. "In questo senso, i microbi anammox che crescono sull'ossido nitrico potrebbero anche essere praticamente ovunque", Kartal continua.
una risposta, tante nuove domande
Ora, Kartal e il suo gruppo al Max Planck Institute di Brema stanno esplorando diversi ecosistemi da tutto il mondo, caccia di microrganismi specializzati nella conversione dell'ossido nitrico. Vogliono capire meglio come i microbi usano l'NO in ambienti sia con che senza ossigeno. Questo probabilmente aprirà la strada alla scoperta di nuovi enzimi coinvolti nella trasformazione dell'ossido nitrico. "Fondamentalmente, vogliamo capire come gli organismi possono vivere di NO."
Cos'è l'anammox?
Anammox, abbreviazione di ossidazione anaerobica dell'ammonio, è un processo microbico di importanza globale del ciclo dell'azoto. Si svolge in molti ambienti naturali e artificiali. Nel processo, gli ioni nitrito e ammonio vengono convertiti direttamente in diazoto e acqua e nitrato.
Anammox è responsabile di circa il 50% del N 2 gas prodotto negli oceani. Rimuove così dai mari grandi quantità di azoto biodisponibile. Questo nutriente azoto non è quindi più disponibile per altri organismi; in questo modo l'anammox può controllare la produttività primaria oceanica.
Il processo anammox è di interesse anche nel trattamento delle acque reflue. La rimozione dei composti azotati con l'aiuto dei batteri anammox è notevolmente più economica rispetto ai metodi tradizionali e riduce le emissioni di gas serra CO 2 .
