Anammoxbacteriën verminderen broeikasgasproductie

Stikstofmonoxide is een signaalmolecuul en een toxine die een belangrijke rol speelt in de microbiële stikstofcyclus. Een onderzoek door microbiologen van de Radboud Universiteit en het Max Planck Institute for Marine Microbiology laat nu zien dat anammoxbacteriën stikstofmonoxide verslinden in concentraties waarbij dit dodelijk zou zijn voor alle andere levensvormen. De resultaten veranderen het huidige idee van de stikstofcyclus op aarde en vergroten de toepassing van anammoxbacteriën in door de mens gemaakte ecosystemen.

Stikstofmonoxide (NO) is een fascinerend en veelzijdig molecuul, belangrijk voor al het leven. Het molecuul is namelijk zeer reactief en toxisch, wordt gebruikt als signaalmolecuul, vermindert de ozonlaag in onze atmosfeer en is de voorloper van het broeikasgas distikstofmonoxide (lachgas, N2O). Het huidige onderzoek van microbiologen werpt nieuw licht op het metabolisme van stikstofmonoxide in anammoxbacteriën.

Anammoxbacteriën

Een grote onbeantwoorde vraag over stikstofmonoxide is: kan een organisme het gebruiken om te groeien? ‘Dat zou je wel denken’, vertelt Boran Kartal van het Max Planck Institute for Marine Microbiology, ‘want stikstofmonoxide is al sinds het begin van het leven op aarde aanwezig.’ Maar tot nu toe was er geen microbe bekend die op hoge concentraties van stikstofmonoxide kon groeien.

Nu heeft het multidisciplinaire team van onderzoekers ontdekt dat de anaerobische ammonium-oxiderende (anammox) bacterie NO direct gebruikt om te groeien, en het omzet in het onschadelijke stikstofgas (N2) in plaats van het broeikasgas N2O. Hierdoor wordt dus steeds een NO-molecuul minder omgezet in een broeikasgas. ‘Zo verminderen anammoxbacteriën het gehalte NO dat beschikbaar is voor broeikasgasproductie door andere bacteriën,’ verklaart Kartal.

‘Ons werk is belangrijk om te begrijpen hoe anammoxbacteriën N2O- en NO- emissies reguleren in natuurlijke en door de mens gemaakte ecosystemen, zoals waterzuiveringsinstallaties.’

Herziening vstikfstofcyclus

Stikfstofmonoxide staat centraal in de cyclus van stikstof. ‘Deze bevindingen veranderen ons begrip van de stikstofcyclus op aarde. We dachten dat stikfstofmonoxide voornamelijk een toxine was, maar hier laten we zien dat anammoxbacteriën erop kunnen leven door NO om te zetten in N2,’ stelt Kartal. Het huidige onderzoek roept nieuwe vragen op. ‘Anammox werkt niet op de manier waarop we aannamen dat het werkte.’ Annamoxbacteriën zijn overal ter wereld gevonden. ‘Dat betekent dat de anammoxmicroben die op stikstofmonoxide groeien zich ook overal zouden kunnen bevinden.’

Veel nieuwe vragen

‘Op dit moment speuren we verschillende ecosystemen van over de hele wereld af, op zoek naar gespecialiseerde stikstofcylus micro-organismen die nog niet ontdekt zijn’, vertelt Mike Jetten, hoogleraar Microbiologie aan de Radboud Universiteit. ‘We willen graag weten hoe deze micro-organismen interacties hebben met andere stikstofcyclus- en methaanoxiderende microben.’ Daarnaast zijn deze nieuwe (combinaties van) microben belangrijke voor toepassing in verschillende waterzuiveringsinstallaties.