Anaerobe Oxidation von Methan gekoppelt an DenitrifikationEdit
Die anaerobe Denitrifikation gekoppelt an die Methanoxidation wurde erstmals im Jahr 2008 beobachtet, als ein methanoxidierender Bakterienstamm isoliert wurde, der Methan unabhängig oxidieren kann. Dieser Prozess nutzt die überschüssigen Elektronen aus der Methanoxidation, um Nitrate zu reduzieren, und entfernt so effektiv sowohl festen Stickstoff als auch Methan aus aquatischen Systemen in Lebensräumen, die von Sedimenten über Torfmoore bis hin zu geschichteten Wassersäulen reichen.
Der Prozess der anaeroben Denitrifikation kann einen wichtigen Beitrag zum globalen Methan- und Stickstoffkreislauf leisten, insbesondere angesichts des jüngsten Zustroms von beidem aufgrund anthropogener Veränderungen. Das Ausmaß, in dem sich anthropogenes Methan auf die Atmosphäre auswirkt, ist bekanntlich eine wichtige Triebkraft des Klimawandels, und wenn man bedenkt, dass es um ein Vielfaches wirksamer ist als Kohlendioxid. Die Beseitigung von Methan wird weithin als vorteilhaft für die Umwelt angesehen, obwohl das Ausmaß der Rolle, die die Denitrifikation bei den globalen Methanflüssen spielt, nicht gut verstanden ist. Es hat sich gezeigt, dass die anaerobe Denitrifikation als Mechanismus in der Lage ist, überschüssiges Nitrat, das durch den Abfluss von Düngemitteln verursacht wird, selbst unter hypoxischen Bedingungen zu beseitigen.
Darüber hinaus können Mikroorganismen, die diese Art von Stoffwechsel nutzen, bei der Bioremediation eingesetzt werden, wie eine Studie aus dem Jahr 2006 über die Kontamination mit Kohlenwasserstoffen in der Antarktis sowie eine Studie aus dem Jahr 2016 zeigen, bei der die Denitrifikationsraten durch eine Veränderung der Umgebung, in der die Bakterien leben, erfolgreich erhöht wurden. Denitrifizierende Bakterien gelten als hochwertige Bioremediatoren, da sie sich an eine Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen anpassen können und keine toxischen oder unerwünschten Rückstände hinterlassen, wie dies bei anderen Stoffwechselvorgängen der Fall ist.
Rolle denitrifizierender Bakterien als MethansenkeEdit
Denitrifizierende Bakterien spielen eine wichtige Rolle bei der Oxidation von Methan (CH4) (bei der Methan in CO2, Wasser und Energie umgewandelt wird) in tiefen Süßwasserkörpern. Dies ist wichtig, da Methan das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas ist, mit einem globalen Erwärmungspotenzial, das 25-mal höher ist als das von Kohlendioxid, und Süßwasser einen großen Anteil an den globalen Methanemissionen hat.
Eine am europäischen Bodensee durchgeführte Studie ergab, dass anaerobe Methanoxidation in Verbindung mit Denitrifikation – auch als nitrat-/nitritabhängige anaerobe Methanoxidation (n-damo) bezeichnet – eine dominante Methansenke in tiefen Seen ist. Lange Zeit glaubte man, dass die Verringerung der Methanemissionen ausschließlich auf aerobe methanotrophe Bakterien zurückzuführen sei. Die Methanoxidation findet jedoch auch in anoxischen oder sauerstoffarmen Zonen von Süßwasserkörpern statt. Im Fall des Bodensees wird dies von M. oxyfera-ähnlichen Bakterien durchgeführt. M. oxyfera-like bacteria sind Bakterien, die Candidatus Methylomirabilis oxyfera ähneln, einer Bakterienart, die als denitrifizierende Methanotrophe fungiert.
Die Ergebnisse der Studie am Bodensee zeigten, dass Nitrat im Wasser in der gleichen Tiefe wie Methan verarmt war, was darauf hindeutet, dass die Methanoxidation an die Denitrifikation gekoppelt war. Daraus konnte gefolgert werden, dass die Methanoxidation von M. oxyfera-ähnlichen Bakterien durchgeführt wurde, da ihre Häufigkeit in der gleichen Tiefe, in der sich die Methan- und Nitratprofile trafen, ihren Höhepunkt erreichte. Dieser n-damo-Prozess ist von Bedeutung, da er dazu beiträgt, die Methanemissionen aus tiefen Süßwasserkörpern zu verringern und Nitrate in Stickstoffgas umzuwandeln, wodurch überschüssige Nitrate reduziert werden.