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Nitrospira-Bakterien (pink) in Belebtschlamm aus einer Kläranlage, dazu andere Bakterien (grün)

Wiener Forscher schreiben Lehrbuch um

Stickstoff ist ein zentraler Baustein des Lebens. Ein wichtiger Teil seines natürlichen Kreislaufs ist die Nitrifikation. Laut Lehrbuch wandeln dabei verschiedene Mikroorganismen Ammoniak in zwei Schritten zu Nitrat um – es geht aber auch anders, wie nun Wiener Forscher berichten.

Chemie 27.11.2015

Sie haben Mikroben entdeckt, die den kompletten Prozess alleine durchführen können – ein "Meilenstein in der Mikrobiologie", freut sich das Team um Michael Wagner vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien.

Allrounder des Stickstoffkreislaufs

Die Studie

"Complete Nitrification by Nitrospira Bacteria" von Holger Daims und Kollegen ist am 25. November 2015 in "Nature" erschienen.

Ausgangsstoff bei der Nitrifikation ist Ammonium, das auf landwirtschaftlich genutzten Böden häufig als Dünger verwendet wird. Ammonium wird im ersten Schritt der Nitrifikation zunächst zu Nitrit und dieses im zweiten Schritt schließlich zu Nitrat oxidiert.

Seit mehr als 100 Jahren geht man davon aus, dass diese zwei Schritte arbeitsteilig von zwei verschiedenen Gruppen von Mikroorganismen durchgeführt werden: den Ammoniak-Oxidierern und den Nitrit-Oxidierern. Erst durch die Zusammenarbeit der Spezialisten läuft die Nitrifikation vollständig ab – dachte man.

"Bisher hat aber nie jemand richtig verstanden, warum es diese Arbeitsteilung gibt. Denn eigentlich könnte eine Mikrobe, die beide Schritte ausführt, mehr Energie gewinnen und daraus Vorteile ziehen", erklärte Michael Wagner. Auch wenn gar nicht klar war, ob solche Mikroben tatsächlich existieren, gibt es für solche Allrounder, die alle Arbeitsschritte beherrschen, sogar einen Namen: "Comammox" (complete ammonia oxidizer).

Fündig geworden in russischem Ölbohrloch

Wagner und sein Kollege Holger Daims haben nun mit internationalen Partnern erstmals solche "Comammox" in einer Bakterienkultur nachgewiesen. Sie stammt aus einem 1.200 Meter tiefen Ölbohrloch in Russland. In der Kultur lief die Nitrifikation vollständig ab, also vom Ammonium bis zum Nitrat.

Und das, obwohl sich darin nur Bakterien der Gattung Nitrospira fanden, die bisher nur als Nitrit-Oxidierer galten - also Spezialisten für den zweiten Schritt des Prozesses. Alle bekannten Ammoniak-Oxidierer fehlten dagegen in der Kultur.

"Das war ein unglaublich spannender Moment: Alle ahnten, dass in dieser Kultur etwas Neues stecken musste", erklärte Holger Daims. Die Antwort brachte die komplette Analyse des Erbguts aller Bakterienarten in der Kultur: Die Nitrospira-Bakterien besaßen alle Gene für die Oxidation von Ammoniak und von Nitrit, also für die komplette Nitrifikation. "Das musste der seit Langem gesuchte Comammox-Organismus sein", so Wagner.

Mittlerweile konnten die Wissenschaftler das Vorkommen der Allrounder in vielen Böden, Gewässern und in Kläranlagen nachweisen.

science.ORF.at/APA

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