一氧化氮(NO)是一种迷人且用途广泛的分子，对所有生物和环境都很重要。它具有高活性和毒性，生物体将其用作信号分子，它会消耗地球大气中的臭氧层，并且它是温室气体一氧化二氮(N2O)的前体。此外，一氧化氮可能在地球生命的出现和进化中发挥了重要作用，因为早在氧气出现之前，它就已成为一种高能氧化剂。

因此，尽管具有毒性，微生物利用一氧化氮来生长是完全有道理的。然而，关于这一主题的研究很少，迄今为止，还没有培养出在其上生长的微生物。

德国不莱梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的帕洛玛·加里多·阿马多尔和博兰·卡尔塔尔周围的科学家在《自然微生物学》杂志上报道说，现在这种情况已经发生了变化。他们成功地富集了生物反应器中以一氧化氮为基础生长的两种未知微生物，并揭示了它们生活方式的令人兴奋的方面。

从废水池到生物反应器

该研究从参观不来梅废水处理厂开始。“我们从他们的反硝化池中收集了污泥，”加里多·阿马多尔说。“回到我们的实验室，我们将污泥添加到我们的一个生物反应器中，并通过添加一氧化氮开始孵化。”

生物反应器经过设计和优化，可在受控条件下生长微生物，该条件非常模仿微生物的自然环境。不过，这种生物反应器的设置非常具有挑战性，GarridoAmador报告说，“因为NO有毒，我们需要特殊设备，并且为了我们自己的安全而处理它们时必须非常小心。尽管如此，我们仍设法使培养物保持生长超过四年现在已经很多年了——他们仍然快乐、健康。”

因此，生物反应器中的生存条件有利于微生物在无氧状态下生存和生长。“最终，两种以前未知的物种在文化中占据了主导地位，”不来梅马克斯·普朗克研究所微生物生理学研究小组组长博兰·卡塔尔说。“我们将它们命名为Nitricoxydividoransperserverans和Nitricoxydireducensbremensis。”

加里多·阿马多尔补充道，“仅通过两种在NO上生长的微生物，我们就非模型微生物，特别是NO还原剂的生长方式获得了宝贵的见解。我们的一些观察结果表明，这些微生物不符合模型生物体的生长方式。很容易培养，因此被广泛研究——表现出来，并展示了仅基于基因组分析的代谢预测的局限性。”

废物清除对环境的重要性和应用

“目前我们对自然和工程环境中以一氧化氮为基础生长的微生物对氮循环的贡献知之甚少，”卡塔尔解释道。“尽管如此，我们可以推测这些微生物可能以其他微生物释放的NO和N2O为食，同时消除亚硝化应激并最大限度地减少这些气候活性气体向大气的排放。”

富集的微生物非常有效地将NO转化为二氮(N2)。“几乎没有温室气体一氧化二氮的排放，”卡塔尔说。后者(N2的唯一产生物)与应用特别相关：许多其他微生物将NO转化为一氧化二氮，这是一种有效的温室气体。相反，N2是无害的。因此，每一个转化为N2而不是一氧化二氮的NO分子都会减少一个加剧气候变化的分子。

下一步，马克斯·普朗克研究人员将利用来自自然和工程环境的样本培养其他呼吸一氧化氮的微生物。

“培养和富集更多的一氧化氮呼吸微生物将有助于阐明一氧化氮还原途径和相关酶的进化。它还将有助于破译一氧化氮在已知和未知的氮循环过程及其中的作用。GarridoAmador总结道：“这些过程在发生这些过程的自然和工程环境中非常重要。”

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