Комаммокс (Полное окисление аммония) - это название, приписываемое организму, который может превращать аммиак в нитрит, а затем в нитрат в процессе нитрификации . [1] Нитрификация традиционно считается двухэтапным процессом, при котором аммиакокисляющие бактерии и археи окисляют аммиак до нитрита, а затем нитритокисляющие бактерии превращаются в нитрат. [2] [3] Полное преобразование аммиака в нитрат одним микроорганизмом было впервые предсказано в 2006 году. [1]В 2015 году в пределах рода Nitrospira было обнаружено присутствие микроорганизмов, способных выполнять оба процесса конверсии , и был обновлен азотный цикл . [4] [5] В пределах рода Nitrospira основные экосистемы comammox в основном встречаются в естественных водоносных горизонтах и искусственно созданных экосистемах. [6]
Интересно, что полная стадия нитрификации дает больше энергии (∆G ° ′ = −349 кДж моль −1 NH 3 ), чем одно только 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]
Comammox Nitrospira Бактерии
Полная нитрификация окисляющего аммиака до нитрата энергетически выгодна для Nitrospira . [5] Из-за предыдущих исследований, проведенных на Nitrospira , считалось, что все Nitrospira используют нитрит в качестве источника энергии. [1] Таким образом, comammox Nitrospira не был обнаружен до 2015 года. [5] Все обнаруженные нитрификаторы принадлежат к подсети II рода Nitrospira. [3] геном нитрифицирующего chemilithoautotrophic бактерии из рода Nitrospira кодирует как аммиак и нитрит окисления. [5] Гены, связанные с ростом за счет окисления аммиака до нитрата, представляют собой гены аммиачной монооксигеназы и гидроксиламиндегидрогеназы (например, ген amoA и кластер hao). [5] Это показывает, что полностью нитрифицирующие нитроспира служат краеугольным камнем сообществ микроорганизмов, циркулирующих по азоту в окружающей среде. Спустя почти два года после открытия организмов комамокса Nitrospira inopinata стала первым полным нитрификатором, выделенным в чистой культуре. [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 высокий выход. [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 в океанах не было обнаружено большого количества генов коммамокса. Кроме того, использование инженерных экосистем для комаммокса может быть использовано для удаления аммония во время очистки воды и сточных вод . [3] Comammox был обнаружен во многих инженерных системах, включая установки биофильтрации для аквакультуры , системы очистки и распределения питьевой воды, а также очистные сооружения. [3] [6] Рост комаммокса в этих искусственно созданных экосистемах происходит одновременно с бактериями, окисляющими аммиак, и / или архей, и обычно их количество превышает количество других прокариот, окисляющих аммиак. [3] [6] Экосистема комамокса 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 выводов было установлено, что комаммокс лучше выбирает нитроспиру в искусственных средах, что делает комаммокс идеальным микроорганизмом для использования в процессах очистки сточных вод . [3]
Рекомендации
- ^ а б в Коста, E; Перес, Дж; Kreft, JU (май 2006 г.). «Почему метаболический труд делится на нитрификацию?». Тенденции микробиологии . 14 (5): 213–9. DOI : 10.1016 / j.tim.2006.03.006 . PMID 16621570 .
- ^ Виноградский, Серж (1892). «Вклад в морфологию организмов нитрификации». Arch. Sci. Биол . 1 : 87–137.
- ^ Б с д е е г Лоусон, Кристофер Э; Люкер, Себастьян (2018-04-01). «Полное окисление аммиака: важный контроль над нитрификацией в инженерных экосистемах?» . Текущее мнение в области биотехнологии . Энергетическая биотехнология • Экологическая биотехнология. 50 : 158–165. DOI : 10.1016 / j.copbio.2018.01.015 . ISSN 0958-1669 . PMID 29414055 .
- ^ ван Кессель, Массачусетс; Speth, DR; Альбертсен, М; Нильсен, PH; Оп-ден-Камп, HJ; Картал, Б; Jetten, MS; Lücker, S (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация одним микроорганизмом» . Природа . 528 (7583): 555–9. Bibcode : 2015Natur.528..555V . DOI : 10,1038 / природа16459 . PMC 4878690 . PMID 26610025 .
- ^ Б с д е е г Daims, H; Лебедева, Э.В. Pjevac, P; Хан, П; Гербольд, С; Альбертсен, М; Jehmlich, N; Палатинский, М; Vierheilig, J; 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. Bibcode : 2015Natur.528..504D . DOI : 10,1038 / природа16461 . PMC 5152751 . PMID 26610024 .
- ^ а б в г д Фаулер, Сьюзен Джейн; Паломо, Алехандро; Дешен, Арно; Mines, Paul D .; Сметс, Барт Ф. (март 2018 г.). «Comammox Nitrospira - обильные окислители аммиака в разнообразных сообществах быстрых песчаных фильтров, питаемых подземными водами: Comammox Nitrospira в биофильтрах для питьевой воды» (PDF) . Экологическая микробиология . 20 (3): 1002–1015. DOI : 10.1111 / 1462-2920.14033 . PMID 29314644 . S2CID 4325672 .
- ^ а б Комплекты, К. Дмитрий; Седлачек, Кристофер Дж .; Лебедева, Елена В .; Хан, Пинг; Булаев, Александр; Пьевац, Петра; Дебелер, Энн; Романо, Стефано; Альбертсен, Мадс (2017). «Кинетический анализ полного нитрификатора показывает олиготрофный образ жизни» . Природа . 549 (7671): 269–272. Bibcode : 2017Natur.549..269K . DOI : 10.1038 / nature23679 . PMC 5600814 . PMID 28847001 .