Stikstofmonoxide is een fascinerend en veelzijdig molecuul, belangrijk voor alle levende wezens en voor onze omgeving. Het is zeer reactief en giftig; het wordt gebruikt als een signaalmolecuul; het put de ozonlaag in de atmosfeer van onze planeet uit; en het is de voorloper van het broeikasgas lachgas (N ₂ O). Stikstofoxiden zijn ook verontreinigende stoffen die met uitlaatgassen worden geloosd, bijvoorbeeld van verbrandingsmotoren in auto's, en zijn schadelijk voor de menselijke gezondheid.

Intrigerend, lang voordat er zuurstof op aarde was, stikstofmonoxide beschikbaar was als een hoogenergetisch oxidatiemiddel, en heeft mogelijk een fundamentele rol gespeeld in het ontstaan ​​en de evolutie van het leven op aarde. Een studie van Max-Planck-wetenschapper Boran Kartal en collega's, nu gepubliceerd in: Natuurcommunicatie werpt een nieuw licht op microbiële transformaties van dit molecuul.

Ja, dat kunnen ze - met gevolgen voor ons klimaat

Een belangrijke vraag over stikstofmonoxide bleef tot nu toe onbeantwoord:kunnen organismen het gebruiken om te groeien?

Men zou denken van wel, " legt Kartal uit, "zoals stikstofmonoxide al bestaat sinds het ontstaan ​​van leven op aarde." Echter, er is tot nu toe geen microbe gevonden die op NO groeit. Kartal en zijn collega's van de Radboud Universiteit in Nederland hebben nu ontdekt dat de anaërobe ammoniumoxiderende (anammox) bacteriën NO rechtstreeks gebruiken om te groeien. In detail, deze micro-organismen koppelen ammoniumoxidatie aan NO-reductie, produceren niets anders dan distikstofgas (N ₂ ) in het proces.

De laatste-de enige productie van N ₂ -is bijzonder intrigerend:sommige microben zetten NO om in lachgas (N ₂ O), wat een krachtig broeikasgas is. N ₂ , in tegenstelling tot, is ongevaarlijk. Dus, elk molecuul NO dat wordt omgezet in N ₂ in plaats van N ₂ O is een molecuul minder dat bijdraagt ​​aan klimaatverandering. "Op deze manier, anammox-bacteriën verminderen de hoeveelheid NO die beschikbaar is voor N ₂ O productie, en de hoeveelheid vrijgekomen broeikasgas te verminderen", legt Kartal uit. "Ons werk is interessant om te begrijpen hoe anammox-bacteriën N . kunnen reguleren ₂ O- en NO-emissies van natuurlijke en door de mens gemaakte ecosystemen, zoals afvalwaterzuiveringsinstallaties, waar deze micro-organismen aanzienlijk bijdragen aan N ₂ -afgifte aan de atmosfeer."

De stikstofcyclus heroverwegen

Stikstofmonoxide is een centraal molecuul in de wereldwijde kringloop van stikstof. "Deze bevindingen veranderen ons begrip van de stikstofcyclus van de aarde. Stikstofmonoxide is in de eerste plaats gezien als een toxine, maar nu laten we zien dat anammox-bacteriën kunnen leven van het omzetten van NO naar N ₂ ", zegt Kartal.

Het huidige onderzoek roept nieuwe vragen op. "Anamox, een wereldwijd belangrijk microbieel proces van de stikstofcyclus dat relevant is voor het klimaat op aarde, werkt niet zoals we dachten dat het deed." Bovendien, andere microben dan de hier onderzochte kunnen ook rechtstreeks NO gebruiken. Anammox-bacteriën komen over de hele planeet voor. "In deze betekenis, de anammox-microben die op stikstofmonoxide groeien, zouden ook in principe overal kunnen zijn", Kartal gaat verder.

één antwoord, veel nieuwe vragen

Nutsvoorzieningen, Kartal en zijn groep aan het Max Planck Instituut in Bremen onderzoeken verschillende ecosystemen van over de hele wereld, jacht op gespecialiseerde stikstofmonoxide-omzettende micro-organismen. Ze willen beter begrijpen hoe microben NO gebruiken in omgevingen met en zonder zuurstof. Dit zal waarschijnlijk de weg vrijmaken voor de ontdekking van nieuwe enzymen die betrokken zijn bij de omzetting van stikstofmonoxide. "In principe, we willen begrijpen hoe organismen van NO kunnen leven."

Wat is anammox?

Anammox, afkorting voor anaërobe ammoniumoxidatie, is een wereldwijd belangrijk microbieel proces van de stikstofcyclus. Het vindt plaats in veel natuurlijke en door de mens gemaakte omgevingen. In het proces, nitriet- en ammoniumionen worden direct omgezet in distikstof en water en nitraat.

Anammox is verantwoordelijk voor ongeveer 50% van de N ₂ gas dat in de oceanen wordt geproduceerd. Het verwijdert dus grote hoeveelheden biologisch beschikbare stikstof uit de zeeën. Deze voedingsstof stikstof is dan niet meer beschikbaar voor andere organismen; op deze manier kan anammox de primaire productiviteit van de oceanen beheersen.

Het anammox-proces is ook van belang in de afvalwaterzuivering. Het verwijderen van stikstofverbindingen met behulp van anammoxbacteriën is aanzienlijk goedkoper dan traditionele methoden en vermindert de uitstoot van het broeikasgas CO ₂ .