Istraživači sa Caltech-a otkrili su novu klasu enzima koji omogućavaju bezbrojnim bakterijama da „dišu“ nitrate kada su u uslovima niskog nivoa kiseonika. Iako je ovo evoluciona prednost za preživljavanje bakterija, proces proizvodi gas staklene bašte azot oksid (N 2 O) kao nusproizvod, treći najsnažniji gas staklene bašte, posle ugljen-dioksida i metana.
Međutim, za razliku od ugljen-dioksida, azot-oksid ne živi dugo u atmosferi, što znači da bilo kakve intervencije na suzbijanju njegove emisije mogu imati trenutne koristi. Na primer, prekomerna upotreba đubriva za useve obezbeđuje bakterijama u tlu obilje nitrata, koje zatim pretvaraju u azot-oksid — razumnija primena đubriva bi mogla da smanji emisije gasova staklene bašte i uštedi novac poljoprivrednicima.
„Azot oksid je mnogo teži gas staklene bašte za praćenje od ugljen-dioksida, ali sa ovim istraživanjem sada znamo da postoji mnogo više izvora koji proizvode azot oksid nego što se ranije mislilo“, kaže Vudi Fišer, profesor geobiologije i viši istraživač o novoj studiji.
„Razumevanje gde i kada se ovaj gas ispušta u atmosferu može nam pomoći da donesemo pametnije odluke. Postoji ne tako daleka budućnost u kojoj poljoprivrednik ima informacije o zajednicama mikroba prisutnih u njihovom tlu, omogućavajući informisane odluke o tome kako i kada koristiti đubrivo za zdravlje pejzaža“.
Rad koji opisuje istraživanje pojavio se 20. juna u časopisu PNAS.
Predvođen bivšim postdoktorskim naučnikom Ranjanijem Muralijem i glavnim istraživačem Džejmsom Hempom, tim je ispitao genomske sekvence desetina hiljada različitih mikrobnih vrsta u različitim sredinama na Zemlji. Većina ćelija u biosferi koristi određene proteine zvane reduktaze za disanje ili disanje kiseonika, ali Murali i njen tim otkrili su širok opseg reduktaza koje su razvile blisko povezane proteine da udišu azot oksid, proizvodeći azot oksid u procesu.
Azot oksid i azot oksid su srednje hemikalije koje se proizvode tokom denitrifikacije, procesa kojim bakterije razlažu nitrat, hemikaliju koja se nalazi u đubrivima. Bakterije su sposobne da pređu sa kiseonika koji udiše na azot oksid u mnogim različitim sredinama – močvarama, alpskom tlu, jezerima i tako dalje – kada nivoi kiseonika počnu da opadaju ispod približno 10% atmosferskih nivoa.
„Propustili smo velike regione biosfere u kojima se proizvodio azot oksid jer su ovi proteini bili neotkriveni“, kaže Fišer. „Sada možemo mnogo preciznije da predvidimo, putem informacija o genomskoj sekvenci, koji organizmi u kom okruženju proizvode azot-oksid. Ima ih mnogo više nego što smo mislili.“
Geobiolozi su ranije verovali da su anaerobni putevi kao što je nitratno disanje evolutivno došli pre sposobnosti udisanja kiseonika, kod naših ranih jednoćelijskih predaka. Ova studija „preokreće scenario“, prema Fišeru, pokazujući da su proteini koji omogućavaju disanje nitrata zapravo evoluirali od onih koji udišu kiseonik, pre dve milijarde godina.
„Mikrobiolozi često predviđaju koji metabolizam mikrobi mogu da izvedu na osnovu komparativne genomike“, objašnjava koautor Džejms Hemp, bivši postdoktorski naučnik Kalteha, sada u kompaniji Meliora.bio u Juti.
„Međutim, ove hipoteze se retko testiraju eksperimentalno. Naš rad je dramatično povećao biohemijsku raznolikost jedne od najproučavanijih porodica enzima u mikrobiologiji. Ovo bi trebalo da posluži kao upozorenje da automatska metabolička analiza bez eksperimentalne verifikacije može dovesti do pogrešnih zaključaka o funkcijama mikroba i zajednica“.
