Sülfat azaltan mikroorganizma - Sulfate-reducing microorganism

Desulfovibrio vulgaris , üzerinde en çok çalışılan sülfat indirgeyen mikroorganizma türüdür; sağ üstteki çubuk 0,5 mikrometre uzunluğundadır.

Sülfat indirgeyen mikroorganizmalar ( SRM ) veya sülfat indirgeyen prokaryotlar ( SRP ), sülfat indirgeyen bakteriler (SRB) ve sülfat indirgeyen arkelerden (SRA) oluşan bir gruptur ve her ikisi de sülfat kullanarak anaerobik solunum gerçekleştirebilir (SO 4 2– ) terminal elektron alıcısı olarak hidrojen sülfüre (H 2 S) indirgenir . Bu nedenle, bu sülfidojenik mikroorganizmalar , aerobik solunumda suya (H 2 O) indirgenmiş terminal elektron alıcısı olan moleküler oksijenden (O 2 ) ziyade sülfatı " solurlar " .

Sülfat indirgeyen mikroorganizmaların çoğu , sülfit (SO 3 2– ), ditiyonit (S 2 O 4 2– ), tiyosülfat (S 2 O 3 2– ), tritiyonat (S 3 O ) gibi diğer bazı oksitlenmiş inorganik kükürt bileşiklerini de azaltabilir. 6 2– ), tetratiyonat (S 4 O 6 2− ), elementel kükürt (S 8 ) ve polisülfidler (S n 2− ). Bağlama bağlı olarak, "sülfat indirgeyen mikroorganizmalar" daha geniş anlamda (bu kükürt bileşiklerinden herhangi birini azaltabilen tüm türler dahil) veya daha dar bir anlamda (yalnızca sülfatı azaltan türler dahil ve katı tiyosülfat ve kükürt hariç) kullanılabilir. redüktörler , örneğin).

Sülfat azaltan mikroorganizmalar 3.5 milyar yıl öncesine kadar izlenebilir ve Dünya'da yaşamın ortaya çıkmasından kısa bir süre sonra kükürt döngüsüne katkıda bulunan en eski mikrop türleri arasında kabul edilir .

Birçok organizma, kükürt içeren hücre bileşenlerini sentezlemek için küçük miktarlarda sülfatları azaltır ; bu, özümleyici sülfat indirgemesi olarak bilinir . Buna karşılık, burada ele alınan sülfat indirgeyici mikroorganizmalar, enerji elde etmek ve ortaya çıkan sülfürü atık olarak atmak için sülfatı büyük miktarlarda azaltır; bu, disimilatör sülfat indirgemesi olarak bilinir . Bu terminal, sülfat kullanımı elektron alıcı kendi arasında elektron taşıma zinciri . Çoğu anaerobtur ; bununla birlikte, oksijene toleranslı olan sülfat indirgeyen mikroorganizmaların örnekleri vardır ve bazıları aerobik solunum bile yapabilir. Elektron alıcısı olarak oksijen kullanıldığında hiçbir büyüme gözlenmez. Ayrıca fumarat , nitrat (NO 3 − ), nitrit (NO 2 − ), ferrik demir [Fe(III)] ve dimetil sülfoksit (DMSO) gibi diğer elektron alıcılarını da azaltabilen sülfat indirgeyen mikroorganizmalar vardır. .

Açısından elektron vericisi , bu grup hem de içerir organotrof ve litotrof . Organotroflar , karbonhidratlar , organik asitler (örn., format , laktat , asetat , propiyonat ve butirat ), alkoller ( metanol ve etanol ), alifatik hidrokarbonlar ( metan dahil ) ve aromatik hidrokarbonlar ( benzen , toluen , etilbenzen ) gibi organik bileşikleri oksitler. , ve ksilen ). Litotroflar , anaerobik koşullarda metanojenler ve asetojenlerle rekabet ettikleri moleküler hidrojeni (H 2 ) oksitler . Bazı sülfat indirgeyen mikroorganizmalar, elektron donörü olarak metalik demiri [Fe(0)] ( sıfır değerlikli demir veya ZVI) kullanabilir ve onu demirli demire [Fe(II)] oksitleyebilir.

Ekolojik önem ve belirteçler

Sülfat, deniz suyu, tortu ve çürüyen organik madde bakımından zengin sularda yaygın olarak bulunur. Sülfat ayrıca hidrotermal menfezler, asit-maden drenaj alanları, petrol sahaları ve dünyanın en eski izole edilmiş yeraltı suyu da dahil olmak üzere derin yeraltı gibi daha aşırı ortamlarda bulunur. Sülfat azaltan mikroorganizmalar, organik maddelerin bozulmasına yardımcı oldukları anaerobik ortamlarda yaygındır . Bu anaerobik ortamlarda, fermente eden bakteriler , büyük organik moleküllerden enerji çeker ; organik asitler ve alkoller gibi elde edilen daha küçük bileşikler , asetojenler ve metanojenler ve rekabet halindeki sülfat indirgeyici mikroorganizmalar tarafından ayrıca oksitlenir .

Bir havuzdan gelen çamur; siyah renk, sülfat indirgeyen mikroorganizmaların etkisinden kaynaklanan metal sülfürlerden kaynaklanmaktadır.

Toksik hidrojen sülfür , sülfat indirgeyen mikroorganizmaların atık ürünüdür; çürük yumurta kokusu genellikle doğada sülfat indirgeyen mikroorganizmaların varlığının bir göstergesidir. Sülfat azaltan mikroorganizmalar, tuzlu bataklıkların ve çamur düzlüklerinin kükürtlü kokularından sorumludur. Hidrojen sülfürün çoğu, metal sülfürler üretmek için sudaki metal iyonlarıyla reaksiyona girer . Demirli sülfür (FeS) gibi bu metal sülfürler çözünmez ve genellikle siyah veya kahverengidir, bu da çamurun koyu rengine yol açar.

Permiyen-Triyas nesli tükenme olayı sırasında (250 milyon yıl önce) , bu bakteri formlarının okyanus ekosistemlerinde baskın güç haline geldiği ve bol miktarda hidrojen sülfür ürettiği ciddi bir anoksik olay meydana gelmiş gibi görünüyor.

Sülfat indirgeyen bakteriler ayrıca çevrelerinde bulunan inorganik cıvanın metilasyonu yoluyla metabolizmalarının bir yan ürünü olarak nörotoksik metil cıva üretirler . Su sistemlerindeki bu biyobirikimli cıva formunun baskın kaynağı oldukları bilinmektedir .

kullanır

Bazı sülfat indirgeyen mikroorganizmalar hidrokarbonları azaltabilir ve kirlenmiş toprakları temizlemek için kullanılmıştır. Bunların kullanımı diğer kontaminasyon türleri için de önerilmiştir.

Sülfat azaltan mikroorganizmalar, diğer mikroorganizmalar tarafından üretilen asit maden sularıyla başa çıkmanın olası bir yolu olarak kabul edilir .

Sülfat indirgeyen mikroorganizmaların neden olduğu problemler

Mühendislikte, sülfat indirgeyen mikroorganizmalar, metal yapılar sülfat içeren suya maruz kaldığında problem yaratabilir: Su ve metalin etkileşimi, metal yüzeyinde bir moleküler hidrojen tabakası oluşturur; sülfat indirgeyen mikroorganizmalar daha sonra hidrojeni oksitlerken, korozyona katkıda bulunan hidrojen sülfit oluşturur .

Sülfat indirgeyen mikroorganizmalardan gelen hidrojen sülfür , betonun biyojenik sülfit korozyonunda da rol oynar . Aynı zamanda, ortaya çıkan asitli ham petrol .

Bazı sülfat indirgeyen mikroorganizmalar, metanın anaerobik oksidasyonunda rol oynar :

CH 4 + SO 4 2− → HCO 3 − + HS − + H 2 O

Deniz tabanının altında metanojenler tarafından oluşturulan metanın önemli bir kısmı , metanojenezi tortulardaki sülfat indirgeme aktivitesinden ayıran geçiş bölgesinde sülfat indirgeyen mikroorganizmalar tarafından oksitlenir. Bu işlem aynı zamanda deniz tortullarında sülfat için büyük bir yutak olarak kabul edilir.

Olarak , hidrolik çatlatma , akışkanlar Frack için kullanılan şist oluşumları kurtarmak için , metan ( şist gazı ) ve hidrokarbonlar . Biyosit bileşikleri, anaerobik metan oksidasyonunu ve hidrojen sülfit oluşumunu önlemek, ancak bununla sınırlı olmamak üzere, sülfat indirgeyen mikroorganizmaların mikrobiyal aktivitesini inhibe etmek için sıklıkla suya eklenir ve sonuçta potansiyel üretim kaybını en aza indirir.

biyokimya

Ana madde: Disimilatuar sülfat indirgemesi

Sülfat elektron alıcısı olarak kullanılmadan önce aktif hale getirilmelidir. Bu, adenosin 5'-fosfosülfat (APS) oluşturmak için ATP ve sülfat kullanan ATP-sülfürilaz enzimi tarafından yapılır . APS daha sonra sülfit ve AMP'ye indirgenir . Sülfit daha sonra sülfide indirgenirken, AMP başka bir ATP molekülü kullanılarak ADP'ye dönüştürülür . Bu nedenle genel süreç, indirgemeden geri kazanılması gereken enerji taşıyıcı ATP'nin iki molekülünün bir yatırımını içerir.

Disimilatör sülfat indirgeme yolunun üç temel enzimatik adımına genel bakış. Enzimler: sat ve atps sırasıyla sülfat adenililtransferaz ve ATP sülfürilaz (EC 2.7.7.4) anlamına gelir; apr ve aps'nin her ikisi de adenosin-5'-fosfosülfat redüktaz (EC 1.8.4.8) için kullanılır; ve dsr , dağıtıcı (bi)sülfit redüktazdır (EC 1.8.99.5);

Disimilatör sülfat indirgemesinin son adımını katalize eden enzim disimilatör (bi)sülfit redüktaz, dsrAB (EC 1.8.99.5), sülfat indirgeyen mikroorganizmaların varlığını tespit etmek için moleküler bir markör olarak en çok kullanılan fonksiyonel gendir.

filogeni

Sülfat indirgeyen mikroorganizmalar , tanımlama amacıyla diğer kükürt indirgeyen bakterilerle birlikte fenotipik bir grup olarak muamele edilmiştir . Birkaç farklı filogenetik çizgide bulunurlar. 2009 itibariyle, 220 tür sülfat indirgeyen bakteri içeren 60 cins bilinmektedir.

Deltaproteobakteriler arasında sülfat indirgeyen bakterilerin sıraları arasında Desulfobacterales , Desulfovibrionales ve Syntrophobacterales bulunur . Bu, yaklaşık 23 cins olan en büyük sülfat indirgeyen bakteri grubunu oluşturur.

En büyük ikinci sülfat indirgeyen bakteri grubu, Desulfotomaculum , Desulfosporomusa ve Desulfosporosinus cinsleri dahil Firmicutes arasında bulunur .

Gelen Nitrospirae bölünme biz, sülfat indirgen bulmak Thermodesulfovibrio türleri.

Termofilik sülfat indirgeyen bakterileri içeren iki gruba daha kendi filumları verilir, Thermodesulfobacteria ve Thermodesulfobium .

Ayrıca sülfat indirgeyen arkelerin bilinen üç cinsi vardır: Archaeoglobus , Thermocladium ve Caldivirga . Hidrotermal menfezlerde, petrol yataklarında ve kaplıcalarda bulunurlar.

Temmuz 2019'da Kanada'daki Kidd Madeni'nde yapılan bilimsel bir araştırma , yüzeyin 2,400 m altında yaşayan sülfat azaltan mikroorganizmaları keşfetti. Kidd Madeni'nde keşfedilen sülfat azaltıcılar, enerjilerini organik bileşiklerden ziyade pirit gibi mineralleri oksitleyerek elde eden litotroflardır. Kidd Madeni aynı zamanda Dünya üzerinde bilinen en eski suyun bulunduğu yerdir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar