Metanogének

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2015. augusztus 5-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 26 szerkesztést igényelnek .

A metanogének  olyan archaeák , amelyek anoxikus körülmények között metabolikus melléktermékként metánt termelnek . Széles körben elterjedtek a vizes élőhelyeken , ahol metánt (mocsári gázt) képeznek, valamint a kérődző emlősök és az emberek beleiben, és felelősek a puffadásért . [1] Az óceánok mélyén a metán archaeák általi bioszintézise általában a szulfátkivezető nyílásoknál található . [2] Egyesek extremofilek , és meleg forrásokban és nagy mélységekben, valamint sziklákon és sok kilométer mélyen a földkéregben élnek.

Élettan, ökológia

Anyagcseréjük 0 és 70 °C közötti hőmérsékleten találkozik, egyesek 90 °C-on is képesek működni, magasabb hőmérsékleten pedig elpusztulnak. A hőmérséklet emelkedésével az anyagcsere hatékonysága nő. A metanogén bakteriális tápközegnek anaerob, semleges vagy enyhén lúgos pH-júnak kell lennie, és legalább 50% vizet kell tartalmaznia. Ez az oka annak, hogy leggyakrabban a mocsarakban, rizsnövényekben, trágyában , hígtrágyában vagy a kérődzők emésztőrendszerében találhatók meg. A metanogén baktériumok gátlói: szerves savak, oxigén és fertőtlenítőszerek. Élnek még: a gerincesek belében és a termeszek emésztőrendszerében .

Némelyikük, az úgynevezett hidrotrófok , hidrogént használnak energiaforrásként (redukálószerként), szén-dioxidot pedig szénforrásként. A szén-dioxid egy része reakcióba lép a hidrogénnel, metán keletkezik, és protongradiens jön létre a membránon keresztül, amelyet az ATP szintézisére használnak . Ezzel szemben a növények és az algák vizet használnak redukálószerként. Más metanogének acetátot (CH 3 COO − ) használnak szénforrásként és energiaforrásként. Az ilyen típusú metabolizmust "acetotrófnak" nevezik, ahol az acetát lebomlik szén-dioxid és metán előállítására. Más metanogének használhatnak metilezett vegyületeket, például metil -aminokat , metanolt és metántiolt .

A metanogének létfontosságú ökológiai szerepet játszanak az anaerob környezetben azáltal, hogy eltávolítják a felesleges hidrogént és az anaerob anyagcseretermékeket, amelyeket a mikroorganizmusok más formái termelnek. A metanogének általában olyan környezetben nőnek aktívan, ahol az összes többi elektron akceptor (oxigén, nitrátok, szulfátok és vas) kimerült. 17 nemzetségből körülbelül 50 faj képes metánt képezni, amelyek mindegyike az Euryarchaeota divízió archeáihoz tartozik . Hagyományosan a metánképző baktériumok csoportjának tekintik őket, azonban filogenetikailag nagyon heterogén. Négy osztály van, köztük 6 rend: Methanobacteria ( Methanobacteriales ), Methanococcus ( Methanococcales ), Methanopyri ( Methanopyrales ) és Methanomicrobiales 3 renddel ( Methanomicrobiales , Methanosarcinales és Methanocellales ). A Methanopyrales filogenetikailag a legidősebb, míg a Methanosarcinales a legfiatalabb [3] [4] [5] . A 2008-ban felfedezett Methanocellales rend a rizsföldek talajában található Methanocella paludicola és Methanocella arvoryzae archaea rokona. Autotróf metanogenezissel foglalkoznak. A Thermoplasmatales - szel rokon Methanoplasmatales - t a szakirodalom hetedik rendűként javasolta [6] , de aztán átnevezték Methanomassiliicoccales -re . [7]

Szennyvízkezelés

A metanogéneket széles körben használják anaerob reaktorokban szennyvíz, valamint vizes szerves szennyező anyagok kezelésére. Az ipar a metanogéneket azért választotta, mert képesek biometanizációt végrehajtani a szennyvíz lebontása során, így a folyamat fenntartható és költséghatékony.

Az anaerob reaktorban zajló biológiai lebomlás négylépcsős, különböző mikroorganizmusok által végrehajtott együttműködési tevékenységet foglal magában. Az első lépés az oldhatatlan polimerizált szerves anyagok hidrolízise anaerobok, például Streptococcus és Enterobacterium által . A második lépésben az acidogének a szennyvízben oldott szerves szennyező anyagokat zsírsavakra bontják. A harmadik lépésben az acetogének a zsírsavakat acetáttá alakítják . Az utolsó lépésben a metanogének az acetátokat metángázzá metabolizálják. A melléktermék metán elhagyja a vízréteget, és energiaforrásként szolgál a szennyvízkezeléshez a rothasztóban, így önfenntartó mechanizmust hoz létre.

A metanogének hatékonyan csökkentik a szennyvíz szervesanyag-koncentrációját is. Például a szerves anyagokban gazdag mezőgazdasági szennyvíz a vízi ökoszisztémák leromlásának fő oka. A kémiai egyensúlyhiány súlyos következményekhez, például eutrofizációhoz vezethet . Az anaerob lebontás révén a szennyvízkezelés megakadályozhatja a váratlan virágzást a vízi rendszerekben, és késlelteti a metanogenezist a rothasztókban. Ez biometánt szabadít fel az energiatermeléshez, és megakadályozza, hogy az erős üvegházhatású gáz, a metán a légkörbe kerüljön.

A szennyvíz szerves komponensei nagyon eltérőek. A szerves anyagok kémiai szerkezetét az anaerob emésztés végrehajtása érdekében meghatározott metanogénekhez választják ki. Példa erre, hogy a Methanosaeta nemzetség tagjai uralják a pálmaolajgyári szennyvíz (POME) szennyvizét és a sörgyári hulladékot. A mikrobiológiai és vegyészmérnöki területen aktívan kutatják a szennyvíztisztító rendszerek modernizálását, hogy minél több mikroorganizmust vonjanak be a szervesanyag-tartalom csökkentésére a tisztítási folyamatban. A fázisos többfázisú anaerob reaktorok és iszapreaktorrendszerek mai új generációit innovatív jellemzőkkel tervezték, hogy ellenálljanak a nagy terhelésű szennyvíznek, az extrém hőmérsékleteknek és az esetleges gátló vegyületeknek.

Képviselők

Linkek

  1. ↑ Joseph W. Lengeler. A prokarióták  biológiája . - 1999. - P. 796. - ISBN 0632053577 .
  2. ↑ JK Kristjansson és társai. A metanogén baktériumok és a szulfátredukáló baktériumok hidrogénjének különböző Ks értékei: magyarázat a metanogenezis szulfát általi nyilvánvaló gátlására   // Arch . mikrobiol. : folyóirat. - 1982. - 1. évf. 131 . - P. 278-282 . - doi : 10.1007/BF00405893 .
  3. ↑ Rudolf K. Thauer, Anne Kristin Kaster, Henning Seedorf, Wolfgang Buckel, Reiner Hedderich: Methanogenic archaea: ecologically relevant differents in energy conservation. In: Nature Reviews Microbiology. Band 6, Nr. 8, 2008, PMID 18587410 , doi : 10.1038/nrmicro1931 , S. 579-591.
  4. ↑ S. Sakai et al.: Methanocella paludicola gen. nov., sp. nov., metántermelő archeon, a 'Rice Cluster I' leszármazási vonal első izolátuma, és az új régészeti rend javaslata, a Methanocellales ord. november. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 58 (Pt 4), 2008. PMID 18398197 , S. 929-936. PDF  (nem elérhető link) (freier Volltextzugriff, engl.).
  5. ↑ S. Sakai et al.: Methanocella arvoryzae sp. nov., a rizsföld talajából izolált hidrogenotróf metanogén. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 60 (Pt 12), 2010. PMID 20097796 , doi : 10.1099/ijs.0.020883-0 , S. 2918-2923.
  6. ↑ K. Paul és mtsai: „Methanoplasmatales”: A termeszbélekben és más környezetekben a Thermoplasmatales-szel rokon archaeák a metanogének hetedik rendjét alkotják. In: Alkalmazott és környezeti mikrobiológia. 2012, PMID 23001661 , doi : 10.1128/AEM.02193-12 .
  7. ↑ Beschreibung: A „Methanoplasmatales”, a metanogének hetedik rendje diverzitása, ultrastruktúrája és összehasonlító genomikája  . Letöltve: 2018. április 22. Az eredetiből archiválva : 2018. április 22.

Lásd még

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Régészeti osztályozás
Euryarchaeota
TACK
Asgard
DPANN
  • Aenigmarchaeota
  • Diaferotriták
  • Micraarchaeota
  • Nanoarchaeota
  • Nanohaloarchaeota
  • Pacearchaeota
  • Parvarchaeota
  • Undinarchaeota
  • Woesearchaeota