Otkako je otkriveno da je pokretačka snaga ekonomski i ekološki destruktivnog štetnog cvetanja algi (HAB) širom sveta, istraživači pokušavaju da otkriju više informacija o efektima različitih vrsta azota, kao što su nitrati ili amonijum, na proliferacija HAB-a.
Na Univerzitetu Delaver, Kathirn Coine, vanredni profesor na Školi za nauku o moru i politiku (SMSP), provela je nekoliko godina proučavajući HAB-ove – uključujući Heterosigma akashivo, globalno rasprostranjenu toksičnu vrstu algi. Pre oko 10 godina, uz sredstva iz Delavare Sea Grant-a (DESG), Coineova laboratorija je otkrila da Heterosigma akashivo može da koristi azot-oksid kao izvor azota.
To radi korišćenjem jedinstvene modifikacije enzima zvanog nitrat reduktaza. Ovaj enzim obično katalizuje prvi korak u procesu pretvaranja nitrata u amonijum, upotrebljiviji oblik azota. Modifikacija nitrat reduktaze u Heterosigma akashivo omogućava joj da koristi azot oksid umesto nitrata kao izvor azota.
„Ovo je pokrenulo mnogo pitanja“, rekao je Coine. „Gde bi oni imali pristup azotnom oksidu u okruženju? Kakvu prednost daje Heterosigma akashivo da ima ovu modifikaciju u svom enzimu? I kako druge vrste azota utiču na njenu sposobnost da koristi azot oksid?“
Na poslednje pitanje je odgovoreno u nedavnom članku o rezultatima istraživanja u Scientific Reports.
Vodeći autor ovog rada, Emili Healei, magistrirala je na UD iz bioloških nauka o moru i doktorirala je na Školi javnog zdravlja Univerziteta Merilend. Zajedno sa Coineom, drugi koautori su Joanna Iork, profesor na Školi za nauku o moru i politika i direktor DESG-a, i Robinson Fulveiler, profesor na Odsjeku za Zemlju i životnu sredinu na Univerzitetu Boston, kao i bivši članovi Coineove laboratorije , Stacie Flood i Patience Bock.
Healei je rekla da je, dok se pridružila Coineovoj laboratoriji kao student master studija u leto 2019, došla na UD i ranije radila sa Coineom kao učesnik u letnjem programu SMSP Research Ekperiences for Undergraduate (REU).
„Oduvek sam bio zainteresovan za mikrobiologiju i to što sam imao priliku da provedem leto na plaži kroz REU program je bilo prilično neverovatno“, rekao je Hili. „Dr. Coine vodi odličnu laboratoriju. Imala je zaista korisne studente doktorskih studija koji su radili za nju, a ja sam jednostavno voleo posao. Nikada ranije nisam radio sa algama—radio sam više sa bakterijama tako da je bilo zanimljivo dobiti uronjen u drugačiji mikrob.“
Nakon svog iskustva u REU, Healei je uspela da se vrati sledeće godine da započne svoj master program. Za to vreme je započela istraživanje koje će na kraju dovesti do ove nedavne publikacije.
Healei je rekla da je jedan od ciljeva njenog istraživanja bio da vidi da li drugi izvori azota utiču na aktivnost nitrat reduktaze u Heterosigma akashivo i njenu sposobnost da preuzme azotni oksid. Na primer, ako je u okolini prisutno mnogo amonijuma iz poljoprivrednih izvora, većina vrsta će smanjiti enzim nitrat reduktaze, što može uticati na sposobnost Heterosigme da koristi azot oksid.
„Mislili smo da ako ima puno amonijuma, možda Heterosigma akashivo nije u stanju da koristi azot oksid kao izvor azota“, rekao je Healei. „Možda ako je prisutan amonijum, oni jednostavno isključe taj enzim.“
Isključivanjem enzima u prisustvu amonijuma, postojala je mogućnost da Heterosigma akashivo bude inhibirana ili čak sprečena da pristupi azotnom oksidu i pretvori ga u biomasu.
Međutim, otkrili su da čak i kada je bio prisutan amonijum, obezbeđivanje azot-oksida kulturama Heterosigma akashivo zapravo je povećalo aktivnost enzima tako da je bio u stanju da uspešno preuzme azot-oksid i pretvori ga u biomasu u prisustvu amonijuma. .
Da bi utvrdili efekte različitih vrsta azota na nitrat reduktazu, istraživači su sproveli tri eksperimenta. Uzgajali su Heterosigma akashivo u laboratoriji prvo samo sa nitratom, zatim samo sa amonijumom, i na kraju sa mešavinom nitrata i amonijuma 50/50.
U svakom od eksperimenata, aktivnost enzima nitrat reduktaze ne samo da se povećava kada je dodat azot oksid, već su rezultati pokazali da Heterosigma ugrađuje azot oksid u biomasu čak i u prisustvu amonijuma.
Coine je rekao da ova sposobnost potencijalno daje prednost Heterosigmi akashivo u odnosu na druge vrste, omogućavajući im pristup novom izvoru azota.
„Ako bi to bio slučaj, onda bi Heterosigma možda mogla da koristi azot oksid kao alternativu kojoj druge vrste jednostavno nemaju pristup“, rekao je Kojn.
Ova sposobnost korišćenja azot-oksida kao izvora azota može imati neke veze sa načinom na koji se Heterosigma akashivo kreće tokom dana – pošto će se vrsta kretati na površinu vode tokom dana i vraćati se na dno vodenog stuba tokom noć.
„Noću, Heterosigma migrira u sedimente, a zatim tokom dana, fotosintezuju tako da se pomeraju do površine gde su izložene sunčevoj svetlosti“, rekao je Coine. „Postoji mnogo podataka koji pokazuju da azot oksid prodire kroz sedimente u nekim obalnim područjima, tako da mislimo da Heterosigma možda pristupa tom azotnom oksidu kao izvoru azota noću.“
Healei je rekao da ova sposobnost korišćenja azotnog oksida može imati nekoliko implikacija. Jedno bi bilo da daje prednost Heterosigmi akashivo u odnosu na druge alge kada su druge vrste azota iscrpljene.
Pored toga, Healei je rekao da azot oksid treba smatrati faktorom u formiranju cvetanja za Heterosigma akashivo.
„Ljudi često proučavaju efekte azota na cvetanje i kako sprečiti cvetanje na prvom mestu smanjenjem nitrata ili amonijuma“, rekao je Healei. „Sada kažemo: ‘U redu, dodajte azot oksid na tu listu jer bi to moglo biti važno.’
