Phân lập vi khuẩn cổ oxy hóa ammonia tự dưỡng ở biển

Trong nhiều năm, các nhà vi sinh vật học tin rằng vi khuẩn cổ thuộc loại “extremophile” (sinh vật sống trong các môi trường vô cùng khắc nghiệt). Tính đa dạng sinh lý hạn chế của vi khuẩn cổ nuôi cấy được chỉ ra rằng chúng bị cưỡng bức trao đổi chất trong một số ổ môi trường. Ví dụ, tất cả các loài thuộc ngành Crenarchaeota nuôi cấy được hiện nay là ưa nhiệt chuyển hóa sulphur.

Ảnh hiển vi của chủng phân lập được. (Ảnh: sinhhocvietnam)

Tuy nhiên, các nghiên cứu sử dụng phương pháp không qua nuôi cấy cho thấy một số lớn Crenarchaeota sống trong những vùng nước biển lạnh có Oxy. Các nghiên cứu phân tử sau đó khám phá ra rằng Crenarchaeota nhiệt độ thấp phân bố rộng rãi trong các môi trường đất và nước.

Crenarchaeota biển thống trị về mặt số lượng - ước tính 10²⁸ tế bào trong các vùng biển toàn cầu - chứng tỏ chúng có vai trò quan trọng trong các chu trình sinh địa hóa học tổng thể. Thực vậy, phân tích đồng vị phóng xạ đối với lipid của Crenarchaeota trong môi trường cho thấy chúng cố định C vô cơ.

Trong nghiên cứu này, Konneke và cộng sự là những người đầu tiên phân lập được vi khuẩn cổ cố định N thuộc ngành Crenarchaeota biển. Chủng này phát triển tự dưỡng hóa năng vô cơ (chemolithoautotrophic) bằng cách oxy hóa hiếu khí ammonia thành nitrite. Trao đổi chất tự dưỡng và tương quan phát sinh loài gần của nó với các trình tự của Crenarchaeota trong môi trường biển chỉ ra rằng Crenarchaeota cố định N ở biển có thể quan trọng với các c

Crenarchaeota (Ảnh: tolweb.org)

hu trình N và C tổng thể.

Bài báo này lần đầu tiên cung cấp bằng chứng rõ ràng về sự tồn tại của vi khuẩn cổ oxy hóa amonia. Vi khuẩn cổ này làm biến đổi mạnh mẽ nhận thức của chúng ta về tính đa dạng, phạm vi sống và lịch sử tiến hóa của các loài prokaryote xúc tác bước đầu tiên trong quá trình cố định N.

Các tác giả đã phân lập được vi khuẩn cổ oxy hóa ammonia tự dưỡng từ nước biển và cho thấy rằng chúng gần gũi về mặt tiến hóa với Crenarchaeota nhóm 1 ở biển, nhóm được phát hiện trước đây bằng các phương pháp phân tử trong một số môi trường biển. Hơn nữa, chủng oxy hóa ammonia này có các gene tương đồng với gene mã hóa ammonia monooxygenase (enzyme quan trọng cần cho quá trình oxy hóa ammonia) của vi khuẩn. Các gene này trước đây được phát hiện trong genenome của Crenarchaeota ở biển và đất liền nhưng khi chúng cũng tương đồng với gene mã hóa methane monoxygenase của vi khuẩn (có chức năng khác với ammonia monooxygenase), các sinh vật có thể tồn tại.

Nguyễn Xuân Hưng