硝化作用在地球的自然氮循環(huán)和農(nóng)業(yè)中起著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)在，維也納大學(xué)的微生物學(xué)家Holger Daims和Michael Wagner領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了自己完全硝化的微生物：這一結(jié)果與教科書知識(shí)和微生物學(xué)的里程碑形成鮮明對(duì)比。該研究目前發(fā)表在Nature雜志上。

氮是生命中的關(guān)鍵化學(xué)元素，是所有生物體的必需營養(yǎng)素。特別是，現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)完全依賴于氮肥。然而，用氮化合物施肥有其缺點(diǎn)。通過硝化作用化學(xué)轉(zhuǎn)化后，肥料中的氮最終會(huì)進(jìn)入地下水，河流和湖泊，并擾亂這些水域的生態(tài)平衡。來自家庭和工業(yè)廢物的額外氮?dú)饧觿×诉@個(gè)問題，特別是在缺乏適當(dāng)廢水處理的國家。

神秘的硝化作用

人為氮沉積影響天然氮循環(huán)，其中特定微生物轉(zhuǎn)化氮化合物。在這些微生物中有硝化細(xì)菌，其進(jìn)行硝化過程，其中銨(普通氮肥)被氧化成亞硝酸鹽，隨后亞硝酸鹽被氧化成硝酸鹽。125年來，已知兩個(gè)硝化步驟總是由不同的微生物催化：氨氧化劑和亞硝酸鹽氧化劑，它們的合作是完全硝化所必需的。該教科書知識(shí)是數(shù)百項(xiàng)關(guān)于環(huán)境和廢水處理廠硝化作用研究的基礎(chǔ)(硝化作用也很重要)。然而，沒有微生物學(xué)家能夠理解為什么勞動(dòng)力在硝化作用上存在分歧。能夠催化兩個(gè)硝化步驟的單個(gè)微生物實(shí)際上將受益于保存更多能量。微生物學(xué)家創(chuàng)造了一個(gè)術(shù)語來形容這樣一個(gè)“

在俄羅斯石油勘探井中驚喜

由維也納大學(xué)微生物學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)系的微生物學(xué)家Holger Daims和Michael Wagner領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)與來自俄羅斯，丹麥和德國的合作伙伴一起解決了comammox難題。該團(tuán)隊(duì)分析了俄羅斯1200米深的石油勘探井中的細(xì)菌培養(yǎng)物。雖然這種培養(yǎng)物將氨完全氧化成硝酸鹽，但是存在的唯一硝化劑是Nitrospira，目前已知嚴(yán)格的亞硝酸鹽氧化劑。它們可以進(jìn)行第二步硝化，但第一步所需的任何已知的氨氧化劑都不存在。“這是一個(gè)令人難以置信的激動(dòng)人心的時(shí)刻。我們認(rèn)為這種文化包含了一些新東西，但我們并沒有想到等待我們的大驚喜”Holger Daims說。對(duì)培養(yǎng)物中所有細(xì)菌種類進(jìn)行的完整基因組分析揭示了答案。“ Nitrospira細(xì)菌具有氧化氨和亞硝酸鹽的所有基因，意味著完全硝化。這似乎是長(zhǎng)期尋求的comammox生物”，Michael Wagner補(bǔ)充道。

Comammox無處不在，卻被忽視了

用培養(yǎng)物和蛋白質(zhì)組分析進(jìn)行的生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Nitrospira細(xì)菌是comammox。Michael Wagner解釋說：“ Nitrospira是眾所周知的亞硝酸鹽氧化劑，幾乎無處不在。幾十年來，一些Nitrospira的 comammox功能被忽視了”。一旦發(fā)現(xiàn)了comammox Nitrospira，該團(tuán)隊(duì)就能夠在許多土壤，內(nèi)陸水域和污水處理廠中檢測(cè)到它們。“這一發(fā)現(xiàn)揭開了環(huán)境微生物學(xué)的新篇章”，Daims說。“我們關(guān)于氮循環(huán)的圖片對(duì)于地球上的所有生命都是必不可少的。我們的下一個(gè)任務(wù)是調(diào)查comammox的更多特性及其在自然界中的重要性。污水處理廠。“

comammox的研究由奧地利科學(xué)基金會(huì)(FWF)和歐洲研究理事會(huì)(ERC)資助。

來自維也納大學(xué)的微生物學(xué)家的研究結(jié)果與奈梅亨(荷蘭)的同事們進(jìn)行了一項(xiàng)研究，該研究結(jié)果發(fā)表在自然界中，他們也發(fā)現(xiàn)了一種名為symammox Nitrospira的研究。“Nijmegen團(tuán)隊(duì)是氮循環(huán)領(lǐng)域的領(lǐng)先專家之一。當(dāng)我們偶然得知兩個(gè)團(tuán)體都有類似的發(fā)現(xiàn)時(shí)，我們同意同意出版我們的工作以避免第一篇文章的不必要競(jìng)爭(zhēng)”，瓦格納說。