Если я спрошу вас, какой элемент является одним из важнейших для жизни, вы скажете: углерод! И вы правы. А еще? Кислород! Да, он самый. Ну а еще? Азот! Да, он родимый! Азот участвует в построении ДНК и белков во всех живых организмах. Большая часть азота бесцельно витает в воздухе. И несмотря на его значимость, мы не умеем добывать его из воздуха. Так как же он попадает в наш организм? Через микробы!
Только определенные виды микробов могут преобразовывать непригодный для использования азот в формы, которые могут усваивать растения и животные. Пока одни микробы, не покладая жгутиков и ресничек, преобразуют газообразный азот в нитриты и нитраты, другие микробы расщепляют эти соединения до азотного газа. Так поддерживается баланс азота в экосистеме. Этот цикл называется азотным круговоротом.
Нитрит-окисляющие бактерии (НОБ) превращают нитриты в нитраты в рамках азотного круговорота. Во-первых, нитриты в больших количествах могут быть токсичными и мешать некоторым организмам использовать кислород должным образом. Во-вторых, именно азот в форме нитрата используют растения для роста, а другие микробы — для превращения его в азотный газ. И всё было бы хорошо, если бы не человек. Человек умеет вызывать стресс в природе, например, загрязняя её. Загрязнение окружающей среды или изменение температуры может снизить активность НОБ или даже полностью прекратить её.
Микробиологи изучают НОБ, чтобы лучше понять азотный круговорот и, возможно, предотвратить последствия человеческой деятельности. Одними из целей исследований являются бактерии рода Nitrobacter и Nitrospira, которые можно найти в реках по всему миру. Но недавно, в реках Колорадо обнаружили четыре новых вида НОБ и определили, что эти бактерии принадлежат к роду Nitrotoga. Ранее их находили в основном в сточных водах, осадках и ледниковых почвах, но в пресноводных реках их не обнаруживали.
Сначала учёные вырастили эти бактерии как культуру, а затем прочитали весь геном — всю ДНК. Последовательности генов сравнивались с другими бактериальными генами с известными функциями в поисках совпадений. Генетические совпадения могут предсказать, где бактерии Nitrotoga могут обитать и какую роль они могут играть в окружающей среде. Последовательности генов предоставили информацию о строении клеток и их обмене веществ, а также позволили предсказать, как бактерии отреагируют на такие стрессы, как загрязнение окружающей среды или изменение климата.
Оказалось, что бактерии Nitrotoga питаются не только нитритами, но и другими молекулярными лакомствами — серой, водородом и органическим углеродом. Эти бактерии выдерживают как большое, так и малое присутствие кислорода, поэтому они могут по-разному влиять на Землю в зависимости от того, какими соединениями они «питаются» и «дышат». Благодаря такой гибкости эти микробы могут обитать в самых разных местах.
Колорадские НОБ живут в реках, загрязнённых металлами, такими как золото, медь и мышьяк, а также антибиотиками, почти как в сточных водах. Эти загрязняющие вещества попадают в реки, как можно догадаться, через стоки — либо с ферм, либо после очистки сточных вод с промышленных предприятий и городов. Как видно, очистка недостаточна. Обычно тяжёлые металлы и антибиотики токсичны для бактерий. Но геном бактерий Nitrotoga предполагает, что у них есть защитные стратегии для борьбы с этими вредными веществами. Эти бактерии могут также преобразовывать металлы и антибиотики в менее токсичные формы, изменяя их химическое строение. То есть они могут поддерживать круговорот азота в экосистеме, даже находясь под давлением человеческой деятельности.
Источник:
Laurita N, Bergenthal K, Andaloori L, Reth C, Kesler J, Boddicker AM and Mosier AC (2023) Newly Discovered Bacteria Help Keep Ecosystems in Balance. Front. Young Minds. 11:717417. doi: 10.3389/frym.2023.717417
Ставя любо и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Как космос точит сердца космонавтов