Комаммокс

Comammox (полное окисление аммиака) — название организма, способного преобразовывать аммиак в нитрит , а затем в нитрат посредством процесса нитрификации . [1] Традиционно считалось, что нитрификация — это двухэтапный процесс, в котором бактерии, окисляющие аммиак, и археи окисляют аммиак до нитрита, а затем бактерии, окисляющие нитрит, преобразуют его в нитрат. [2] [3] Полное преобразование аммиака в нитрат одним микроорганизмом было впервые предсказано в 2006 году. [1] В 2015 году в роде Nitrospira было обнаружено присутствие микроорганизмов, способных осуществлять оба процесса преобразования , и был обновлен азотный цикл . [4] [5] В пределах рода Nitrospira основные экосистемы comammox в основном встречаются в естественных водоносных горизонтах и ​​искусственных экосистемах. [6]

Полный этап нитрификации дает больше энергии (∆G°′ = −349 кДж моль −1 NH 3 ), чем каждое отдельное окисление (∆G°′ = −275 кДж моль −1 NH 3 для окисления аммиака до нитрита и ∆G°′ = −74 кДж моль −1 NO 2 − для окисления нитрита до нитрата). [5]

КомаммоксНитроспирабактерии

Полная нитрификация окисления аммиака до нитрата энергетически выгодна для Nitrospira . [5] В связи с предыдущими исследованиями, проведенными на Nitrospira, считалось, что все Nitrospira используют нитрит в качестве источника энергии. [1] Поэтому коматокс Nitrospira не были обнаружены до 2015 года. [5] Все обнаруженные нитрификаторы относятся к подвиду II рода Nitrospira. [3] Геном нитрифицирующей хемолитоавтотрофной бактерии из рода Nitrospira кодирует окисление как аммиака, так и нитрита. [5] Гены , связанные с ростом путем окисления аммиака до нитрата, являются генами аммиачной монооксигеназы и гидроксиламиндегидрогеназы (например, ген amoA и кластер hao). [5] Это показывает, что полностью нитрифицирующие Nitrospira служат краеугольными камнями микробных сообществ, совершающих круговорот азота, обнаруженных в окружающей среде. Почти через два года после открытия организмов комаммокса, Nitrospira inopinata стала первым полным нитрификатором, выделенным в чистую культуру. [7] Кинетический и физиологический анализ Nitrospira inopinata показал, что этот полный нитрификатор имеет высокое сродство к аммиаку, медленную скорость роста, низкую максимальную скорость окисления аммиака и высокую урожайность. [7] [6] Открытие комаммокса Nitrospira дает представление о модульной эволюции азотного цикла и расширяет сложность эволюционной истории нитрификации . [ 5]

Экосистема комаммокса

Comammox был обнаружен во многих экосистемах, включая естественные пресноводные и наземные экосистемы. В частности, гены commamox не были обнаружены в изобилии в океанах. Кроме того, использование спроектированных экосистем для comammox может быть использовано для удаления аммония во время очистки воды и сточных вод . [3] Comammox был обнаружен во многих спроектированных системах, включая установки биофильтрации аквакультуры , системы очистки и распределения питьевой воды и очистные сооружения сточных вод. [3] [6] Рост comammox в этих спроектированных экосистемах происходит совместно с аммиакокисляющими бактериями и/или археями, а в некоторых случаях превосходит по численности другие аммиакокисляющие прокариоты. [3] [6] [8] [9] Экосистема comammox в настоящее время неизвестна с точки зрения биогеографии , включая их распространение и численность, из-за влияния конфигурации процесса и химического состава очищенных сточных вод. [3] [6] После этих результатов было установлено, что комаммокс может превзойти по отбору канонические бактерии, окисляющие нитрит, рода Nitrospira в некоторых искусственно созданных средах, что указывает на потенциально важную роль комаммокса в эффективном биологическом удалении азота в процессах очистки сточных вод. [3]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Costa, E; Pérez, J; Kreft, JU (май 2006). «Почему метаболический труд разделяется при нитрификации?». Trends in Microbiology . 14 (5): 213– 9. doi :10.1016/j.tim.2006.03.006. PMID  16621570.
  2. ^ Виноградский, Серж (1892). «Вклад в морфологию организмов по нитрификации». Арх. наук. Биол . 1 : 87–137 .
  3. ^ abcdefg Лоусон, Кристофер Э.; Люкер, Себастьян (01.04.2018). «Полное окисление аммиака: важный контроль нитрификации в искусственных экосистемах?». Current Opinion in Biotechnology . Энергетическая биотехнология • Экологическая биотехнология. 50 : 158– 165. doi :10.1016/j.copbio.2018.01.015. hdl : 2066/195181 . ISSN  0958-1669. PMID  29414055.
  4. ^ van Kessel, MA; Speth, DR; Albertsen, M; Nielsen, PH; Op den Camp, HJ; Kartal, B; Jetten, MS; Lücker, S (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация одним микроорганизмом». Nature . 528 (7583): 555– 9. Bibcode :2015Natur.528..555V. doi :10.1038/nature16459. PMC 4878690 . PMID  26610025. 
  5. ^ abcdefg Даймс, H; Лебедева Е.В.; Пьевац, П; Хан, П; Гербольд, К; Альбертсен, М; Йемлих, Н; Палатинский, М; Вирхейлиг, Дж; Булаев А; Киркегор, Р.Х.; Берген, МВ; Раттей, Т; Бендингер, Б; Нильсен, PH; Вагнер, М. (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация бактериями Nitrospira». Природа . 528 (7583): 504–9 . Бибкод : 2015Natur.528..504D. дои : 10.1038/nature16461. ПМК 5152751 . ПМИД  26610024. 
  6. ^ abcde Фаулер, Сьюзан Джейн; Паломо, Алехандро; Дешен, Арно; Майнс, Пол Д.; Сметс, Барт Ф. (март 2018 г.). "Comammox Nitrospira являются распространенными окислителями аммиака в разнообразных сообществах быстрых песчаных фильтров, питаемых грунтовыми водами: Comammox Nitrospira в биофильтрах питьевой воды" (PDF) . Экологическая микробиология . 20 (3): 1002– 1015. doi :10.1111/1462-2920.14033. PMID  29314644. S2CID  4325672.
  7. ^ ab Kits, K. Dimitri; Sedlacek, Christopher J.; Lebedeva, Elena V.; Han, Ping; Bulaev, Alexandr; Pjevac, Petra; Daebeler, Anne; Romano, Stefano; Albertsen, Mads (2017). «Кинетический анализ полного нитрификатора выявляет олиготрофный образ жизни». Nature . 549 (7671): 269– 272. Bibcode :2017Natur.549..269K. doi :10.1038/nature23679. PMC 5600814 . PMID  28847001. 
  8. ^ Рутс, Пол; Ван, Юбо; Розенталь, Алекс Ф.; Гриффин, Джеймс С.; Сабба, Фабрицио; Петрович, Морган; Ян, Фэнхуа; Козак, Джозеф А.; Чжан, Хэн; Уэллс, Джордж Ф. (15.06.2019). «Comammox Nitrospira — доминирующие окислители аммиака в основном реакторе нитрификации с низким содержанием растворенного кислорода». Water Research . 157 : 396–405 . Bibcode : 2019WatRe.157..396R. doi : 10.1016/j.watres.2019.03.060. ISSN  0043-1354. PMID  30974288.
  9. ^ Котто, Ирмари; Дай, Зихан; Хуо, Линьсюань; Андерсон, Кристофер Л.; Виларди, Кэтрин Дж.; Иджаз, Умер; Хунджар, Венделл; Уилсон, Кристофер; Де Клиппельер, Хайди; Гилмор, Кевин; Бейли, Эрика; Пинто, Амит Дж. (2020-02-01). «Длительное время удержания твердых частиц и прикрепленная фаза роста способствуют преобладанию бактерий комаммокс в системах удаления азота». Water Research . 169 : 115268. Bibcode : 2020WatRe.16915268C. doi : 10.1016/j.watres.2019.115268. ISSN  0043-1354. PMID  31726394.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Comammox&oldid=1271653537"