Анаэробные бактерии научились окислять метан, восстанавливая нитраты.

Группа голландских ученых обнаружила, что в анаэробных условиях на дне водоема неизвестные ранее бактерии способны окислять метан, восстанавливая при этом нитраты и нитриты и выделяя во внешнюю среду молекулярный азот. Причем выяснилось, что участвуют в этом процессе представители двух совершенно разных групп — архебактерии и «настоящие» бактерии, или эубактерии. На дне пресных водоемов нередко складываются анаэробные условия, поскольку весь имеющийся кислород расходуется бактериями, разлагающими скапливающееся там мертвое органическое вещество (например, остатки растений). В отсутствие кислорода разложение органического вещества также происходит, хотя гораздо медленнее, а его конечным продуктом нередко оказывается метан — CH₄. Образуют метан особые бактерии, так называемые метаногены, относящиеся к древней группе архебактерий. Если выделившийся метан попадает в вышележащие слои водной толщи, туда, где есть кислород, он быстро окисляется метанокисляющими бактериями, или, как их еще называют, метанотрофами, — представителями «настоящих» бактерий (эубактерий).

Ученые предполагали, что возможен процесс, при котором метан окисляется и в анаэробных условиях. Например, электроны могут от метана перемещаться не к кислороду, а к нитратам и нитритам, которые будут восстанавливаться, образуя молекулярный азот. Соответствующее уравнение может быть записано так:

    5CH₄ + 8NO₃^– + 8H⁺ → 5CO₂ + 4N₂ + 14H₂O

По сути, это реакция денитрификации — давно известная, но в совершенно ином варианте, когда в качестве доноров электронов (восстановителя) выступают разные органические вещества или сера, а не метан. И вот наконец большой группе нидерландских исследователей из Института изучения водных ресурсов и Королевского института морских исследований удалось доказать, что предполагаемый процесс действительно протекает в природе.

Для этого из канала, загрязненного стоками сельскохозяйственного производства, взяли литровую пробу донных осадков и использовали ее как затравку для обогатительной культуры. Условия на дне канала вполне подходили для анаэробного окисления метана: кислород отсутствовал, метан был в изобилии, а кроме того, было довольно много нитратов. В лаборатории в культуру (поддерживающуюся в строго анаэробных условиях) всё время подавали метан, а культуральную среду постепенно замещали неорганической, в которой присутствовали нитраты, бикарбонат и необходимые микроэлементы. Спустя 16 месяцев концентрацию нитрата в поступающей свежей среде довели до 6 мМ (миллимолей), но в самой культуре она оставалась весьма невысокой (около 0,1 мМ), что указывало на интенсивное использование этого вещества бактериями.

Доказать потребление метана методически было сложнее, но и это удалось, когда в культуру перестали подавать метан, нитриты и нитраты. На рисунке хорошо видно, как при этом падала концентрация потребляемых веществ и как возрастало содержание молекулярного азота.

 Гораздо труднее было решить вопрос о том, какие же именно бактерии осуществляют анаэробное окисление метана. Выделить их в чистую культуру не удавалось (с чем нередко сталкиваются микробиологи), однако, опираясь на последовательность генов 16S рибосомальной РНК и используя метод флюоресцентной in situ гибридизации (FISH), авторы работы выяснили, что изученный процесс осуществляет консорциум из двух разных бактерий.

Одна из них — эубактерия, близкая тем, что были взяты из анаэробной зоны японского озера Бива, где происходит интенсивная денитрификация (на эту бактерию приходится более 80% клеток). Другая — из группы архебактерий, близка к некоторым описанным формам из сильно загрязненных водоемов (на нее приходится 10-20% клеток). Наличие архебактерий подтверждено и присутствием так называемых «биомаркеров» — специфических веществ, свойственных только определенной группе организмов. Пока неизвестно, каково же «разделение труда» между двумя столь разными микроорганизмами. 

Источники: http://www.nioz.nl/

                     http://www.ru.nl/iwwr/

                     Экстремальные галофилы