Uno de los biorreactores que Kartal y sus colegas utilizaron para cultivar células de K. stuttgartiensis en el laboratorio. El color rojo brillante se debe a la presencia de proteínas del citocromo c que contienen hierro en las células. Las bacterias Anammox están repletas de proteínas de tipo citocromo c, incluidas las enzimas que realizan las reacciones clave del proceso anammox, haciendo las células notablemente rojas. Crédito:Boran Kartal
El óxido nítrico es una molécula fascinante y versátil, importante para todos los seres vivos, así como para nuestro medio ambiente. Es muy reactivo y tóxico; se utiliza como molécula de señalización; agota la capa de ozono en la atmósfera de nuestro planeta; y es el precursor del gas de efecto invernadero óxido nitroso (N 2 O). Los óxidos de nitrógeno también son contaminantes vertidos con los gases de escape, por ejemplo, de motores de combustión en automóviles, y son perjudiciales para la salud humana.
Curiosamente, mucho antes de que hubiera oxígeno en la Tierra, el óxido nítrico estaba disponible como oxidante de alta energía, y podría haber jugado un papel fundamental en el surgimiento y evolución de la vida en la Tierra. Un estudio del científico de Max-Planck, Boran Kartal y sus colegas, ahora publicado en Comunicaciones de la naturaleza arroja una nueva luz sobre las transformaciones microbianas de esta molécula.
Sí, pueden, con implicaciones para nuestro clima.
Una pregunta importante sobre el óxido nítrico quedó sin respuesta hasta ahora:¿Pueden los organismos usarlo para crecer?
Uno pensaría que sí "Kartal explica, "como el óxido nítrico ha existido desde la aparición de la vida en la tierra". Sin embargo, no se ha encontrado ningún microbio que crezca en NO, hasta ahora. Kartal y sus colegas de la Universidad de Radboud en los Países Bajos han descubierto ahora que las bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio (anammox) utilizan directamente NO para crecer. En detalle, estos microorganismos acoplan la oxidación de amonio a la reducción de NO, produciendo nada más que gas dinitrógeno (N 2 ) en el proceso.
Este último, la única producción de N 2 —Es particularmente intrigante:algunos microbios convierten el NO en óxido nitroso (N 2 O), que es un potente gas de efecto invernadero. norte 2 , a diferencia de, es inofensivo. Por lo tanto, cada molécula de NO que se transforma en N 2 en lugar de N 2 O es una molécula menos que contribuye al cambio climático. "De este modo, Las bacterias anammox reducen la cantidad de NO disponible para N 2 O producción, y reducir la cantidad de gases de efecto invernadero liberados ", Kartal explica. "Nuestro trabajo es interesante para comprender cómo las bacterias anammox pueden regular N 2 Emisiones de O y NO de ecosistemas naturales y artificiales, como plantas de tratamiento de aguas residuales, donde estos microorganismos contribuyen significativamente a N 2 -Liberación a la atmósfera ".
Kuenenia stuttgartiensis , aquí visto bajo un microscopio electrónico de transmisión, es un modelo de microorganismo anammox, que crece como células individuales. Es una especie de agua dulce que también se encuentra en plantas de tratamiento de aguas residuales. Crédito:Laura van Niftrik
Repensar el ciclo del nitrógeno
El óxido nítrico es una molécula central en el ciclo global del nitrógeno. "Estos hallazgos cambian nuestra comprensión del ciclo del nitrógeno de la tierra. El óxido nítrico se ha considerado principalmente como una toxina, pero ahora mostramos que la bacteria anammox puede ganarse la vida convirtiendo NO en N 2 ", dice Kartal.
El presente estudio plantea nuevas preguntas. "Anammox, un proceso microbiano globalmente importante del ciclo del nitrógeno relevante para el clima de la tierra, no funciona de la forma que asumimos ". Además, otros microbios además de los investigados aquí también podrían estar usando NO directamente. La bacteria Anammox se encuentra en todo el planeta. "En este sentido, los microbios anammox que crecen en el óxido nítrico también podrían estar básicamente en todas partes ", Kartal continúa.
Una respuesta, muchas preguntas nuevas
Ahora, Kartal y su grupo en el Instituto Max Planck en Bremen están explorando diferentes ecosistemas de todo el mundo, a la caza de microorganismos convertidores de óxido nítrico especializados. Quieren comprender mejor cómo los microbios utilizan el NO en entornos con y sin oxígeno. Esto probablemente allanará el camino hacia el descubrimiento de nuevas enzimas involucradas en la transformación del óxido nítrico. "Básicamente, queremos entender cómo los organismos pueden ganarse la vida con el NO ".
¿Qué es anammox?
Anammox, abreviatura de oxidación anaeróbica de amonio, es un proceso microbiano del ciclo del nitrógeno de importancia mundial. Tiene lugar en muchos entornos naturales y artificiales. En el proceso, Los iones de nitrito y amonio se convierten directamente en dinitrógeno y agua y nitrato.
Anammox es responsable de aproximadamente el 50% de la N 2 gas producido en los océanos. Por lo tanto, elimina grandes cantidades de nitrógeno biodisponible de los mares. Este nitrógeno nutritivo ya no está disponible para otros organismos; de esta manera, el anammox puede controlar la productividad primaria oceánica.
El proceso anammox también es de interés en el tratamiento de aguas residuales. La eliminación de compuestos de nitrógeno con la ayuda de la bacteria anammox es significativamente más barata que los métodos tradicionales y reduce las emisiones del gas de efecto invernadero CO 2 .
