فوری: کشف علمی تکان‌دهنده در اقیانوس! باکتری که گازهای گلخانه‌ای را نابود می‌کند

دی‌نیتروژن اکسید: یک معضل جهانی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای

نیتروس اکسید (N2O)، بعد از کربن دی‌اکسید و متان، سومین گاز گلخانه‌ای مهم به شمار میاد. این گاز پتانسیل این رو داره که وارد واکنش‌های فیزیکی شده و مولکول‌های تخریب‌کننده لایه اوزون رو تولید کنه. مقدار N2O موجود در اتمسفر از دوران پیش از صنعتی‌شدن افزایش پیدا کرده، و این موضوع، مبارزه با N2O رو به یه چالش جهانی تبدیل کرده. تنها راه شناخته شده زیستی برای از بین بردن N2O در زیست‌کره، فرایند دنیتریفیکاسیون میکروبی هست.

دنیتریفیکاسیون: واکنشی بدون ضرر برای محیط زیست

دنیتریفیکاسیون، یک زنجیره از واکنش‌های کاهشی هست که از نیترات شروع میشه و با کاهش N2O به گاز نیتروژن ختم میشه، بدون اینکه تأثیری روی گرم شدن کره زمین داشته باشه. این واکنش مختص باکتری‌هایی هست که آنزیم N2O ردوکتاز (N2OR; NosZ) دارن و این موضوع اهمیت شناسایی مکانیسم‌های مولکولی که باعث افزایش فعالیت کاهش N2O میشن رو نشون میده.

تحقیقات دانشگاه هوکایدو

محققین دانشگاه هوکایدو، به همراه همکارانشون در موسسه تحقیقات فیزیکی و شیمیایی (RIKEN) و دانشگاه واشنگتن، اومدن مکانیسم‌های مولکولی پشت کاهش N2O در یک نوع باکتری به اسم Nitrosophilus labii HRV44T رو بررسی کردن. این گونه در سال ۲۰۲۰ توسط محققین دانشگاه هوکایدو توی یک چشمه آب‌گرم زیردریایی کشف شده بود. تیم تحقیقاتی به تازگی نتایج تحقیقاتشون رو توی مجله iScience منتشر کردن.

آنالیز ترنسکریپتوم

تیم محققان یه روشی رو توسعه دادن که براشون این امکان رو فراهم می‌کنه تا به آنالیز بیان ژن در سطح ژنوم در طول زمان، که بهش ترنسکریپتوم میگن، بپردازن. برای این کار از RNA استخراج شده از تعداد کمی از سلول‌ها استفاده می‌کنن. سایاکا مینو، که نویسنده اصلی مقاله و استادیار دانشکده علوم شیلات دانشگاه هوکایدو هست، میگه: «آنالیز ترنسکریپتوم HRV44T در پاسخ به N2O، سخت‌تر از چیزی بود که انتظار داشتیم.»

بررسی ترنسکریپتومیک و رابطه‌ش با نیتروژن‌زدایی

ما آنالیز ترنسکریپتومیک رو با استفاده از روش‌هایی انجام دادیم که معمولاً در مطالعات میکروبی استفاده میشه؛ ولی نتونستیم تغییرات بیان ژن رو توی بازه‌های زمانی کوتاه ثبت کنیم، چون از تعداد کمی سلول، مقدار کافی RNA به دست نیاوردیم. روشی که توی این مطالعه ارائه شده فقط به ۱ نانوگرم RNA پیام‌رسان (mRNA) نیاز داره و این ویژگی باعث میشه برای آنالیز در تراکم‌های سلولی کم، که استخراج RNA ازشون سخته، خیلی مفید باشه.

پروفایل‌سازی ترنسکریپتومیک سری زمانی HRV44T نشون داد که N2O، به عنوان یک محرک اصلی برای بیان ژن‌های نیتروژن‌زدایی، مثل ژن‌های nos، عمل نمی‌کنه. این ژن‌ها حتی در نبود اکسیدهای نیتروژن، و در شرایط بی‌هوازی، بیان میشن. ما فرض می‌کنیم که این ویژگی میتونه به متابولیسم‌های پربازده انرژی توی محیط‌های هیدروترمال اعماق دریا کمک کنه، جایی که گیرنده‌های الکترون بعضی وقت‌ها کم میشن.» این‌ها رو رابرت م. موریس، استاد دانشگاه واشنگتن، گفت.

جیرو تسوچیا، نویسنده اول مقاله و محقق JSPS DC2 در دانشگاه هوکایدو، و همکاراش، یه آنالیز آماری از داده‌های سری زمانی انجام دادن. نتایج ما نشون می‌ده که ژن نیتروژن‌زدایی nosZ، تحت تأثیر تنظیم‌کننده‌های رونویسی هست که معمولاً به‌عنوان فعال‌کننده‌های رونویسی در پاسخ به تغییرات محیطی عمل می‌کنن. اگرچه هنوز باید این نتیجه رو بیشتر بررسی کنیم، مطالعه ما درک ما از مکانیسم‌های تنظیمی کنترل بیان ژن در باکتری‌های نیتروژن‌زدا رو گسترش می‌ده و ممکنه به افزایش توانایی اون‌ها در مصرف N2O کمک کنه.» این‌ها رو تسوچیا گفت.

محیط‌های هیدروترمال اعماق دریا، شیب‌های شیمیایی و فیزیکی زیادی دارن که باعث میشه این محیط‌ها به نقاطی پر از منابع زیستی تبدیل بشن. این مطالعه، پتانسیل میکروارگانیسم‌ها در این محیط‌ها رو برای کمک به کاهش N2O نشون میده، که ممکنه توی مقابله با تغییرات اقلیمی مؤثر باشه. پیدا کردن منابع میکروبی که در کاهش گازهای گلخانه‌ای خیلی خوب عمل می‌کنن، بهینه‌سازی توانایی‌های اون‌ها و روشن کردن مکانیسم‌های مولکولی خاص این میکروارگانیسم‌ها، به پیشرفت تکنولوژی‌هایی برای ترمیم محیط زیست توسط میکروارگانیسم‌ها کمک خواهد کرد.