stringtranslate.com

Комаммокс

Комаммокс (полное окисление аммиака) — это название, присвоенное организму, который может превращать аммиак в нитрит , а затем в нитрат в процессе нитрификации . [1] Традиционно считается, что нитрификация представляет собой двухэтапный процесс, в ходе которого бактерии, окисляющие аммиак, и археи окисляют аммиак до нитрита, а затем бактерии, окисляющие нитрит, превращаются в нитрат. [2] [3] Полное превращение аммиака в нитрат одним микроорганизмом было впервые предсказано в 2006 году. [1] В 2015 году в пределах рода Nitrospira было обнаружено присутствие микроорганизмов, которые могли осуществлять оба процесса превращения , и цикл азота был открыт . обновлено. [4] [5] В пределах рода Nitrospira основные экосистемы comammox в основном встречаются в естественных водоносных горизонтах и ​​искусственных экосистемах. [6]

Полная стадия нитрификации дает больше энергии (∆G°′ = −349 кДж моль −1 NH 3 ), чем любое однократное окисление в отдельности (∆G°′ = −275 кДж моль −1 NH 3 для окисления аммиака до нитрита и ∆G°′ = −74 кДж моль −1 NO 2 для окисления нитрита в нитрат). [5]

Бактерии Comammox Nitrospira

Полная нитрификация окисляющего аммиака до нитрата энергетически выгодна для Нитроспиры . [5] Из-за предыдущих исследований Nitrospira считалось, что все Nitrospira используют нитрит в качестве источника энергии. [1] Таким образом, комаммокс Nitrospira не был обнаружен до 2015 года. [5] Все обнаруженные нитрификаторы принадлежат к подлинии II рода Nitrospira. [3] Геном нитрифицирующих хемолитоавтотрофных бактерий рода Nitrospira кодирует окисление как аммиака, так и нитрита. [5] Гены, связанные с ростом путем окисления аммиака до нитрата, представляют собой гены аммиачно-монооксигеназы и гидроксиламиндегидрогеназы (например, ген amoA и кластер hao). [5] Это показывает, что полностью нитрифицирующие Nitrospira служат краеугольным камнем микробных сообществ, циркулирующих азот, обнаруженных в окружающей среде. Спустя почти два года после открытия организмов комаммокса Nitrospira inopinata стала первым полным нитрификатором , выделенным в чистой культуре. [7] Кинетический и физиологический анализ Nitrospira inopinata показал, что этот полный нитрификатор обладает высоким сродством к аммиаку, медленной скоростью роста, низкой максимальной скоростью окисления аммиака и высоким выходом. [7] [6] Открытие comammox Nitrospira дает представление о модульной эволюции азотного цикла и расширяет сложность эволюционной истории нитрификации . [5]

Экосистема Comammox

Комаммокс был обнаружен во многих экосистемах, включая естественные пресноводные и наземные экосистемы. Примечательно, что гены commamox не были обнаружены в большом количестве в океанах. Кроме того, использование инженерных экосистем для комаммокса можно использовать для удаления аммония во время очистки воды и сточных вод . [3] Comammox был обнаружен во многих инженерных системах, включая установки биофильтрации аквакультуры , системы очистки и распределения питьевой воды, а также очистные сооружения. [3] [6] Рост комаммокса в этих искусственных экосистемах происходит одновременно с бактериями и/или архей, окисляющими аммиак , и в некоторых случаях превышает численность других прокариот, окисляющих аммиак. [3] [6] [8] [9] Экосистема комаммокса 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 превосходить канонические нитрит-окисляющие бактерии рода Nitrospira в некоторых инженерных средах, что указывает на потенциально важную роль комаммокса в эффективном биологическом удалении азота в процессах очистки сточных вод . [3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Коста, Е; Перес, Дж; Крефт, Ю. (май 2006 г.). «Почему метаболический труд делится на нитрификацию?». Тенденции в микробиологии . 14 (5): 213–9. дои : 10.1016/j.tim.2006.03.006. ПМИД  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 апреля 2018 г.). «Полное окисление аммиака: важный контроль нитрификации в инженерных экосистемах?». Современное мнение в области биотехнологии . Энергетическая биотехнология • Экологическая биотехнология. 50 : 158–165. doi : 10.1016/j.copbio.2018.01.015. hdl : 2066/195181 . ISSN  0958-1669. ПМИД  29414055.
  4. ^ ван Кессель, Массачусетс; Спет, доктор медицинских наук; Альбертсен, М; Нильсен, PH; Оп ден Кэмп, HJ; Картал, Б; Джеттен, MS; Люкер, С. (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация одним микроорганизмом». Природа . 528 (7583): 555–9. Бибкод : 2015Natur.528..555V. дои : 10.1038/nature16459. ПМЦ 4878690 . ПМИД  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 является богатым окислителем аммиака в различных сообществах быстрых песчаных фильтров, питаемых грунтовыми водами: Comammox Nitrospira в биофильтрах питьевой воды» (PDF) . Экологическая микробиология . 20 (3): 1002–1015. дои : 10.1111/1462-2920.14033. PMID  29314644. S2CID  4325672.
  7. ^ аб Китс, К. Дмитрий; Седлачек, Кристофер Дж.; Лебедева Елена Владимировна; Хан, Пинг; Булаев, Александр; Пьевац, Петра; Дебелер, Энн; Романо, Стефано; Альбертсен, Мэдс (2017). «Кинетический анализ полного нитрификатора показывает олиготрофный образ жизни». Природа . 549 (7671): 269–272. Бибкод : 2017Natur.549..269K. дои : 10.1038/nature23679. ПМК 5600814 . ПМИД  28847001. 
  8. ^ Корни, Пол; Ван, Юбо; Розенталь, Алекс Ф.; Гриффин, Джеймс С.; Сабба, Фабрицио; Петрович, Морган; Ян, Фэнхуа; Козак, Джозеф А.; Чжан, Хэн; Уэллс, Джордж Ф. (15 июня 2019 г.). «Comammox Nitrospira является доминирующим окислителем аммиака в основных реакторах нитрификации с низким содержанием растворенного кислорода». Исследования воды . 157 : 396–405. doi :10.1016/j.watres.2019.03.060. ISSN  0043-1354.
  9. ^ Котто, Ирмари; Дай, Зихан; Хо, Линьсюань; Андерсон, Кристофер Л.; Виларди, Кэтрин Дж.; Иджаз, Умер; Хунджар, Венделл; Уилсон, Кристофер; Де Клиппелейр, Хейди; Гилмор, Кевин; Бейли, Эрика; Пинто, Амит Дж. (01 февраля 2020 г.). «Длительное время удерживания твердых веществ и присоединенная фаза роста способствуют преобладанию бактерий comammox в системах удаления азота». Исследования воды . 169 : 115268. doi : 10.1016/j.watres.2019.115268. ISSN  0043-1354.