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Scoperti i Nitrospira: una famiglia di batteri capace dell’intero processo di nitrificazione


Piastra Petri con batteri

Piastra Petri con batteri

Scoperta eccellente del dipartimento di microbiologia della Radboud University: un unico organismo in grado di eseguire il processo completo di nitrificazione.

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I microbiologi e tutti noi acquariofili siamo sempre stati abituati a pensare che due distinti gruppi di batteri siano responsabili per l’ossidazione graduale di ammoniaca a nitrato. In particolare si è sempre ammesso che i “Nitrosomonas” fossero i responsabili dell’ossidazione dell’ammoniaca a nitrito ed i “Nitrobacter” per il passaggio successivo nitrito – nitrato.

Ricordiamo che l’azoto ammoniacale ha numero di ossidazione “-3”, quello dei nitriti è “+3” e quello dei nitrati “+5”.

Questi i fatti:

Diversi anni fa si ipotizzava l’esistenza di batteri chiamati genericamente “Comammox” (COMplete AMMonia OXidiser), poiché, come ha verificato anche Maartje Van Kessel, microbiologo presso la succitata Radboud University:il consumo di azoto nei  bioreattori in suo possesso  sembrava non avere corrispondenza con i microrganismi presenti nella cultura“. Il microbiologo aveva infatti annotato il consumo di ammoniaca a fronte di ossidazione a nitriti, processo svolto da enzimi di batteri non presenti nella sua “coltura”.

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Da studi congiunti, il collega del Dottor Van Kessel, Sebastian Lücker dichiara di aver verificato la presenza degli enzimi ossidanti l’ammoniaca in un unico organismo. Sorprendentemente, questo organismo appartiene alla famiglia “Nitrospira“; i batteri di questa famiglia sono noti per la loro capacità di ossidare nitriti a nitrati, mentre era sconosciuto il legame di questi microorganismi nel primo passaggio del processo di nitrificazione.

Le nuove caratteristiche di Nitrospira sono state scoperte nei batteri in coltura allestite in biofiltri, collegati a serbatoi di pesce presso il dipartimento di ricerca di fisiologia animale, situato pochi piani sotto il dipartimento di Microbiologia presso l’Università Radboud.

Sono noti già dagli anni 80 i batteri ANAMMOX, i quali convertono l’ammoniaca e nitriti in azoto molecolare, ossidando l’azoto ammoniacale da -3 a 0 ed in contempo riducono (utilizzando lo ione nitrito come accettore finale della catena di trasporto di elettroni) l’azoto da +3 a 0, evidentemente quindi in condizioni anossiche e metabolismo anaerobico.

Si ipotizzava che i batteri della famiglia “Nitrospira” competessero con gli “Anammox“.

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La scoperta attuale, definisce il ruolo della famiglia “Nitrospira” che produrrebbe anche ioni nitrito NO2-, ossidando l’ammoniaca, oltre a utilizzarli come substrato nell’ossidazione successiva a ione nitrato NO3-.

Il dottor Lücker afferma che questa scoperta avrà grandi implicazioni in molti settori industriali ed implicazioni in settori quali la climatologia, la bonifica di acque reflue ect… questo poiché i composti azotati hanno un effetto diretto e indiretto sul nostro ambiente, ad esempio, sono importanti fertilizzanti, ma un loro eccesso potrebbe portare all’eutrofizzazione. Fenomeno noto che porta alla riduzione dell’ossigeno in ambienti ecologici che vanno dai fiumi ai laghi.

Questa scoperta, è di ordine così rilevante che i ricercatori dovranno cambiare le loro stime sul potenziale di nitrificazione globale del pianeta.

Van Kessel: “Abbiamo già ricevuto i campioni dal nostro partner che si occupa del trattamento delle acque reflue, per verificare il metabolismo dei batteri della famiglia “Nitrospira“.”

Substrato biologico in un filtro esterno

Substrato biologico in un filtro esterno

Durante questa ricerca, i microbiologi presso la Radboud University hanno appreso di una constatazione analoga dai colleghi da Vienna (Austria) – dove Sebastian Lücker pochi anni prima aveva completato il suo dottorato. Entrambi i gruppi pubblicano quindi risultati sul metabolismo di questi organismi nello stesso numero di Nature, altro esempio di buona collaborazione, non solo fra microorganismi.

Riferimento bibliografico:
Maartje A.H.J. van Kessel, Daan R. Speth, Mads Albertsen, Per H. Nielsen, Huub J.M. Op den Camp, Boran Kartal, Mike S.M. Jetten, Sebastian Lücker – Nature, DOI: 10.1038 / nature16459


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