Los microorganismos desempeñan un papel crucial en el mantenimiento del ciclo del azufre, influyendo en los procesos climáticos. La investigación ha descubierto diversos microorganismos reductores de sulfato multifuncionales, capaces de reducir simultáneamente el sulfato y respirar oxígeno, poniendo patas arriba el consenso científico anterior. (Concepto técnico).
El estudio de microorganismos ambientalmente relevantes muestra una mayor diversidad de lo que se suponía anteriormente
Un equipo de investigadores ha demostrado que en la naturaleza existe una biodiversidad increíblemente alta de microorganismos ambientalmente relevantes. Esta diversidad es al menos 4,5 veces mayor de lo que se conocía anteriormente. Los investigadores publicaron recientemente sus hallazgos en revistas prestigiosas. Comunicaciones de la naturaleza y revisiones de microbiología FEMS.
A menudo se pasa por alto el mundo oculto de los microorganismos, aunque muchos procesos relacionados con el clima están influenciados por microorganismos, a menudo asociados con una asombrosa diversidad de organismos. Clasificar Dentro de los grupos de bacterias y arqueas (“arqueobacterias”). Por ejemplo, los microorganismos reductores de sulfato convierten un tercio del carbono orgánico de los sedimentos marinos en dióxido de carbono. Esto produce sulfuro de hidrógeno tóxico. Lo bueno es que los microorganismos que oxidan el azufre lo utilizan rápidamente como fuente de energía y lo vuelven inofensivo.
«Estos procesos también desempeñan un papel importante en lagos, marismas e incluso en el intestino humano para mantener el equilibrio y la salud de la naturaleza», afirma el profesor Michael Bester, jefe del departamento de microorganismos de la DSMZ de Leibniz y profesor del instituto. Microbiología en la Universidad Técnica de Braunschweig. Un estudio examinó con más detalle el metabolismo de uno de estos nuevos microorganismos y reveló una multifuncionalidad hasta ahora inalcanzable.
Se ha descubierto una gran diversidad de especies de microorganismos reductores de sulfato. Los reductores de sulfato se encuentran ahora en un total de 27 filos dentro de Bacteria y Archaea en lugar de los seis conocidos anteriormente. Crédito: DSMZ
Balance crítico del ciclo del azufre.
El ciclo del azufre es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes y antiguos de nuestro planeta. Al mismo tiempo, está estrechamente relacionado con los ciclos del carbono y del nitrógeno, lo que subraya su importancia. Es operado principalmente por microorganismos reductores de sulfato y oxidantes de azufre. A nivel mundial, los reductores de sulfato desvían alrededor de un tercio del carbono orgánico que llega al fondo marino cada año. Por el contrario, los oxidantes de azufre consumen aproximadamente una cuarta parte del oxígeno de los sedimentos marinos.
Cuando estos ecosistemas se desequilibran, las actividades de estos microorganismos pueden conducir rápidamente al agotamiento del oxígeno y a la acumulación de sulfuro de hidrógeno tóxico. Esto crea “zonas muertas” donde los animales y las plantas ya no pueden sobrevivir. Esto no sólo causa daños económicos, por ejemplo a la pesca, sino también daños sociales al destruir importantes áreas recreativas locales. Por tanto, es importante comprender qué microorganismos mantienen la homeostasis del ciclo del azufre y cómo lo hacen.
Los resultados publicados muestran que la diversidad de especies de microorganismos reductores de sulfato incluye al menos 27 filos (cepas). Anteriormente, sólo se conocían seis filos. En comparación, actualmente existen 40 filos conocidos en el reino animal. Vertebrados Pertenece a un solo filo, Chordata.
Una representación esquemática de la degradación de la pectina vegetal, ya sea por reducción de sulfato o por respiración de oxígeno en las bacterias acidófilas recientemente descubiertas. Crédito: DSMZ
Especies bacterianas multifuncionales recién descubiertas
Los investigadores pudieron asignar uno de estos nuevos «reductores de sulfato» al filo Acidobacteria, poco investigado, y lo estudiaron en un biorreactor.
Utilizando los últimos métodos de microbiología ambiental, pudieron demostrar que estas bacterias pueden obtener energía a partir de la reducción de sulfato y respirar oxígeno. Estas dos vías suelen ser mutuamente excluyentes en todos los microorganismos conocidos. Al mismo tiempo, los investigadores pudieron demostrar que las acidobacterias reductoras de sulfato pueden descomponer los carbohidratos vegetales complejos como la pectina, otra propiedad previamente desconocida de los «reductores de sulfato».
De este modo, los investigadores pusieron patas arriba los conocimientos de los libros de texto. Demostraron que los compuestos vegetales complejos pueden degradarse bajo exclusión de oxígeno, no sólo mediante una interacción coordinada entre diferentes microorganismos, como se pensaba anteriormente, sino también por una sola especie bacteriana a través de un atajo.
El Dr. Stefan Dyskma (izquierda) y el Prof. Dr. Michael Bester junto a un biorreactor en la DSMZ, donde se pueden estudiar nuevos «reductores de sulfato». Crédito: DSMZ
Otro nuevo descubrimiento es que estas bacterias pueden utilizar sulfato y oxígeno para este fin. Investigadores de DSMZ y de la Universidad Técnica de Braunschweig están investigando cómo estos nuevos hallazgos afectan la interacción entre los ciclos del carbono y del azufre y cómo se relacionan con los procesos relacionados con el clima.
Referencias:
“Respiración de oxígeno y degradación de polisacáridos por bacterias acidófilas reductoras de sulfato” por Stefan Dijksma y Michael Bester, 10 de octubre de 2023, Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z
“Diversidad global y ecofisiología inferida de microorganismos con potencial divergente de sulfato/reducción de sulfato” por Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe y Michael Bester, 5 de octubre de 2023, Revisiones de microbiología FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058
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