title: Produktion und Verbrauch von Lachgas (N₂O) in Nitrat-ammonifizierenden Mikroorganismen
Creators: name: Mijić, Vanessa
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2022

description: Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O) ist ein atmosphärisches Treibhausgas und trägt zum Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre bei. Eine Vielzahl von Bakterienarten produziert das Kupfercluster-haltige Enzym N2O-Reduktase (NosZ). Auf der Grundlage phylogenetischer Analysen wurden die NosZ-Enzyme in Klade I oder Klade II eingeteilt, und es wird davon ausgegangen, dass sich die entsprechenden Organismen in Bezug auf die Elektronentransportprozesse zu NosZ sowie die Wartung und Reparatur des NosZ-Aktivzentrums erheblich unterscheiden. Die mikrobielle, anoxische N2O-Produktion aus Nitrat erfolgt durch Denitrifikation oder dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium (DNRA). Es existieren mehrere Enzyme, welche über Nitrit und Stickstoffmonoxid (NO) in entsprechenden Mikroorganismen als Teil von Atmungs- und/oder Entgiftungsstoffwechselwegen N2O erzeugen. Der DNRA-Modelorganismus Wolinella succinogenes ist in der Lage, während des anaeroben Wachstums durch Nitratatmung in nitratreichem Medium, kleine Mengen NO (höchstwahrscheinlich aus Nitrit) und N2O zu produzieren. Die Umwandlung reaktiver Stickstoffspezies wie Nitrit oder NO in weniger toxische Verbindungen, wie N2O oder Ammonium, ist für viele Mikroorganismen eine wichtige Eigenschaft und in eine Vielzahl von Stressantwortsystemen eingebunden. In dieser Arbeit wurden eine Reihe von Einzel-, Doppel- und Dreifach-Gendeletionsmutanten von W. succinogenes charakterisiert, um die Enzymologie des NO-Umsatzes (Detoxifizierung) und der N2O-Bildung zu klären. Dafür wurden DNRA-Wachstumsparameter unter Nitrat-suffizienten und Nitrat-limitierten Bedingungen, Konzentrationen von Formiat, Nitrat, Nitrit, NO, N2O und N2 sowie Phänotypen unter nitrosativen/nitrosylativen Stressbedingungen bestimmt. Den Mutanten fehlten der membrangebundene Cytochrom c-Nitrit/NO-Reduktase-Komplex NrfHA und/oder mindestens eines der folgenden zytoplasmatischen Proteine: das Flavodiiron-Protein Fdp, das mutmaßliche NO-reaktive Protein NorH und das Hybrid-Cluster-Protein Hcp. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das zytoplasmatische Hcp als das dominante NO-detoxifizierende (und höchstwahrscheinlich N2O-erzeugende) Enzym fungiert, wobei NrfHA einen geringen Beitrag leistet. Die Schlussfolgerungen werden auch durch transkriptomische Daten (RNAseq) gestützt. In einem zweiten Teil der Arbeit wurden sowohl der Nitratmetabolismus als auch die N2O-Reduktion des grampositiven Nitrat-ammonifizierenden Modellorganismus Neobacillus vireti untersucht. Es wurden die Rollen der Proteine Aor, CbaBA, Hmp, Hcp, NarG, NasC, NrfA, NirBD, NosB, NosC, NosZ bzgl. ihrer Beteiligung an der Nitrat-, Nitrit- und N2O-Reduktion mit Hilfe von Einzel- und Doppel-Gendeletionsmutanten untersucht. Wachstumsparameter, Substrat-/Produktkonzentrationen (Nitrat, Nitrit, NO, N2O und N2) sowie Lachgas-Reduktionsraten deuteten auf NasC als alleinige Nitratreduktase in N. vireti. Eine Beteiligung von Nitrat an der Regulation der DNRA wurde mittels Transkriptom-Sequenzierung (RNAseq) gezeigt. Es wurde ein Wachstumsvorteil von N. vireti durch die Zugabe von Lachgas nachgewiesen. Die ermittelte Lachgas-Reduktionsrate von N. vireti deutet auf ein hohes Potential dieses Bodenbakteriums als effektive N2O Senke hin. Zusammenfassend tragen die Ergebnisse der Arbeit zum gestiegenen Verständnis von Lachgas-reduzierenden Bakterien bei.