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微生物学家发现神秘的comammox微生物

2019-02-14 08:53:01 • 来源：

硝化作用在地球的自然氮循环和农业中起着关键作用。现在，维也纳大学的微生物学家Holger Daims和Michael Wagner领导的国际科学家团队发现了自己完全硝化的微生物：这一结果与教科书知识和微生物学的里程碑形成鲜明对比。该研究目前发表在Nature杂志上。

微生物学家发现神秘的comammox微生物

氮是生命中的关键化学元素，是所有生物体的必需营养素。特别是，现代集约化农业完全依赖于氮肥。然而，用氮化合物施肥有其缺点。通过硝化作用化学转化后，肥料中的氮最终会进入地下水，河流和湖泊，并扰乱这些水域的生态平衡。来自家庭和工业废物的额外氮气加剧了这个问题，特别是在缺乏适当废水处理的国家。

神秘的硝化作用

人为氮沉积影响天然氮循环，其中特定微生物转化氮化合物。在这些微生物中有硝化细菌，其进行硝化过程，其中铵(普通氮肥)被氧化成亚硝酸盐，随后亚硝酸盐被氧化成硝酸盐。125年来，已知两个硝化步骤总是由不同的微生物催化：氨氧化剂和亚硝酸盐氧化剂，它们的合作是完全硝化所必需的。该教科书知识是数百项关于环境和废水处理厂硝化作用研究的基础(硝化作用也很重要)。然而，没有微生物学家能够理解为什么劳动力在硝化作用上存在分歧。能够催化两个硝化步骤的单个微生物实际上将受益于保存更多能量。微生物学家创造了一个术语来形容这样一个“

在俄罗斯石油勘探井中惊喜

由维也纳大学微生物学和生态系统科学系的微生物学家Holger Daims和Michael Wagner领导的一组科学家现在已经与来自俄罗斯，丹麦和德国的合作伙伴一起解决了comammox难题。该团队分析了俄罗斯1200米深的石油勘探井中的细菌培养物。虽然这种培养物将氨完全氧化成硝酸盐，但是存在的唯一硝化剂是Nitrospira，目前已知严格的亚硝酸盐氧化剂。它们可以进行第二步硝化，但第一步所需的任何已知的氨氧化剂都不存在。“这是一个令人难以置信的激动人心的时刻。我们认为这种文化包含了一些新东西，但我们并没有想到等待我们的大惊喜”Holger Daims说。对培养物中所有细菌种类进行的完整基因组分析揭示了答案。“ Nitrospira细菌具有氧化氨和亚硝酸盐的所有基因，意味着完全硝化。这似乎是长期寻求的comammox生物”，Michael Wagner补充道。

Comammox无处不在，却被忽视了

用培养物和蛋白质组分析进行的生理实验证实，Nitrospira细菌是comammox。Michael Wagner解释说：“ Nitrospira是众所周知的亚硝酸盐氧化剂，几乎无处不在。几十年来，一些Nitrospira的 comammox功能被忽视了”。一旦发现了comammox Nitrospira，该团队就能够在许多土壤，内陆水域和污水处理厂中检测到它们。“这一发现揭开了环境微生物学的新篇章”，Daims说。“我们关于氮循环的图片对于地球上的所有生命都是必不可少的。我们的下一个任务是调查comammox的更多特性及其在自然界中的重要性。污水处理厂。“

comammox的研究由奥地利科学基金会(FWF)和欧洲研究理事会(ERC)资助。

来自维也纳大学的微生物学家的研究结果与奈梅亨(荷兰)的同事们进行了一项研究，该研究结果发表在自然界中，他们也发现了一种名为symammox Nitrospira的研究。“Nijmegen团队是氮循环领域的领先专家之一。当我们偶然得知两个团体都有类似的发现时，我们同意同意出版我们的工作以避免第一篇文章的不必要竞争”，瓦格纳说。

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