"Amoniak –'woda' życia" "Charakterystyka fizjologiczna i ekologiczna bakterii zdolnych do prowadzenia beztlenowego utleniania amoniaku (Anammox)" ALEKSANDRA ZIEMBIŃSKA-BUCZYŃSKA, GRZEGORZ CEMA, ANNA BANACH, PIOTR GUTWIŃSKI, MARIUSZ TOMASZEWSKI Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Biotechnologii Środowiskowej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice e-mail: anna.banach@polsl.pl, aleksandra-ziembinska.buczynska@polsl.pl, nanoZaćmienie (Zdjęcie komórki bakteryjnej wykonane za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego)

Opis popularnonaukowy projektu

Azot jest wszędzie. Dominuje w powietrzu atmosferycznym i choć nie uczestniczy w oddychaniu, przepływa niezauważony przez układ oddechowy zwierząt lądowych. Nie przenika do krwi, jak tlen, przez płuca, a jednak występuje w każdej komórce ciała organizmów żywych, wśród innych pierwiastków budujących najważniejsze molekuły: białka i kwasy nukleinowe. I choć w komórkach roślin i zwierząt możliwa jest produkcja tych cząsteczek, to jednak żadna z nich nie jest zdolna do korzystania z azotu w postaci, w jakiej występuje on w atmosferze. Jest tylko jeden sposób, tak genialny, jak tajemniczy, na to, aby niedostępny azot ujarzmić w komórkach istot żywych: przekształcić go w reaktywną formę jonu.
Doskonałymi probówkami, w których w środowisku zachodzą reakcje przekształcające różne formy azotu są bakterie. Dyskretnie ukryte w glebie i w wodzie, nawet morskiej, lub w korzeniach roślin, udostępniają przyrodzie azot, który w swej najpowszechniejszej gazowej postaci jest bezużyteczny roślinom i zwierzętom. W reakcje zachodzące wewnątrz komórek wchodzi azot związany z innymi składnikami ziemskiej atmosfery: tlenem i wodorem. Zespoły bakteryjne niestrudzenie przyłączają i odłączają atomy tych dwóch pierwiastków od atomów azotu, utrzymując idealną równowagę wszystkich jego form. Cykl przemian się kończy i zarazem rozpoczyna, gdy w bakteryjnym reaktorze powstanie z powrotem gazowy azot. Choć naukowcy już całkiem nieźle znają przebieg przemian azotu, które przeprowadzają bakterie, to same mikroorganizmy skrywają jeszcze wiele tajemnic. Niewielka poznana ich grupa stanowi prawdopodobnie nikły procent wszystkich bakterii uczestniczących w przemianach azotu. Wiele z nich znanych jest tylko z zapisu genetycznego uzyskanego metodami biologii molekularnej: nie udało się dotychczas uzyskać ich czystych kultur w hodowlach mikrobiologicznych. Jednak nawet nieznane z nazw i kształtów zespoły bakterii znajdują zastosowanie w codziennym ludzkim życiu. Dzięki swoim właściwościom pełnią ważną rolę w oczyszczaniu ścieków, uwalniając je od nadmiaru związków azotowych. Tak ważnego pomocnika warto poznać dogłębnie. Być może najnowsze techniki molekularne odsłonią przynajmniej część tajemnic, strzeżonych od ponad trzech miliardów lat.

Streszczenie naukowe

Anammox jest przyjaznym środowisku procesem konwersji obecnych w wodzie i wymagają-cych usunięcia związków azotowych do azotu atmosferycznego. Proces ten jest przeprowadza-ny przez bakterie anammox. Pomimo, że Anammox stanowi ważną część obiegu azotu w przyro-dzie, przeprowadzające go bakterie stanowią pewnego rodzaju mikrobiologiczną zagadkę. Bakterii tych do dziś nie udało się wyizolować w postaci czystych kultur, dlatego w ich badaniu niezbędne jest zastosowanie metod biologii molekularnej. Dotychczas w Politechnice Śląskiej prowadzone były 3 projekty o tematyce związanej z procesem Anammox, jednak jest to pierw-szy projekt koncentrujący się na charakterystyce bakterii przeprowadzających ten proces. Projekt zakłada wykorzystanie metod takich jak: PCR-DGGE (łańcuchowa reakcja polimerazy - elektroforeza w gradiencie denaturacji), RT-PCR-DGGE (odwrotna transkrypcja - PCR-DGGE) oraz FISH (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ) w celu uzyskania kompleksowej wiedzy na temat relacji ekologicznych pomiędzy poszczególnymi grupami bakterii przemian azotowych, ze szczególnym uwzględnieniem roli bakterii Anammox. Poprzednie badania wykazały, że denitry-fikatory, nitryfikatory oraz bakterie Anammox współpracują ze sobą w systemach technologicz-nych, przy czym pierwsze dwie grupy chronią ostatnią przed niekorzystnym wpływem warun-ków środowiskowych. Podejmujemy również próbę scharakteryzowania bakterii Anammox pod kątem fizjologicznym szacując rzeczywisty czas generacji tych mikroorganizmów, badając kine-tykę reakcji oraz wpływ odczynu i temperatury na ilościowy i jakościowy skład biocenozy. Po-nad to, zastosowanie transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwala na "wejrzenie w głąb" ultrastruktury komórkowej badanych bakterii i badanie ich budowy, która jest interesująca mię-dzy innymi ze względu na obecność unikalnego dla tego rodzaju bakterii - anammoxosomu - miejsca występowania enzymów biorących udział w procesie anammox.

Komitet Organizacyjny

Współpraca

Sponsorzy

Patronat medialny