미생물은 황 순환을 유지하고 기후 과정에 영향을 미치는 데 중요한 역할을 합니다. 이번 연구에서는 황산염을 환원시키는 동시에 산소를 흡입할 수 있는 다양한 다기능 황산염 환원 미생물을 발견하여 기존의 과학적 합의를 뒤집었습니다. (기술적 개념입니다.)
환경 관련 미생물 연구는 이전에 가정했던 것보다 더 큰 다양성을 보여줍니다.
한 연구팀은 자연계에 환경적으로 관련된 미생물의 생물 다양성이 믿을 수 없을 만큼 높다는 사실을 보여주었습니다. 이 다양성은 이전에 알려진 것보다 최소 4.5배 더 큽니다. 연구진은 최근 권위 있는 저널에 연구 결과를 발표했습니다. 네이처커뮤니케이션즈 및 FEMS 미생물학 리뷰.
많은 기후 관련 과정이 미생물의 영향을 받고 종종 놀라운 유기체 다양성과 관련되어 있지만 숨겨진 미생물 세계는 간과되는 경우가 많습니다. 나누다 박테리아와 고세균(“고세균”) 그룹 내. 예를 들어, 황산염을 감소시키는 미생물은 해양 퇴적물에 있는 유기 탄소의 1/3을 이산화탄소로 전환합니다. 이는 독성 황화수소를 생성합니다. 좋은 점은 황산화 미생물이 이를 빠르게 에너지원으로 활용해 무해하게 만든다는 점이다.
“이러한 과정은 호수, 습지, 심지어 인간의 장에서도 자연의 균형과 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.”라고 Leibniz DSMZ 미생물학과 책임자이자 연구소 교수인 Michael Bester 교수는 말합니다. Technical University Braunschweig의 미생물학. 한 연구에서는 이러한 새로운 미생물 중 하나의 신진대사를 더 자세히 조사하여 이전에는 달성할 수 없었던 다기능성을 밝혀냈습니다.
매우 다양한 종류의 황산염 환원 미생물이 발견되었습니다. 황산염 환원제는 이전에 알려진 6개 문 대신 이제 박테리아와 고세균 내 총 27개 문에서 발견됩니다. 크레딧: DSMZ
황 순환의 중요한 균형
황 순환은 지구상에서 가장 중요하고 가장 오래된 생지화학적 순환 중 하나입니다. 동시에 이는 탄소 및 질소 순환과 밀접하게 관련되어 있어 그 중요성이 강조됩니다. 주로 황산염환원미생물과 황산화미생물에 의해 운영된다. 전 세계적으로 황산염 환원제는 매년 해저에 도달하는 유기탄소의 약 1/3을 전환시킵니다. 대조적으로, 황 산화제는 해양 퇴적물에 있는 산소의 약 4분의 1을 소비합니다.
이러한 생태계의 균형이 깨지면 이러한 미생물의 활동으로 인해 산소가 고갈되고 독성 황화수소가 축적될 수 있습니다. 이로 인해 동물과 식물이 더 이상 생존할 수 없는 “데드존”이 생성됩니다. 이는 어업 등 경제적 피해뿐만 아니라 지역의 중요한 휴양지를 파괴하는 사회적 피해를 초래합니다. 따라서 어떤 미생물이 황 회로 항상성을 유지하고 어떻게 유지하는지 이해하는 것이 중요합니다.
발표된 결과에 따르면 황산염 감소 미생물의 종 다양성에는 최소 27개의 문(균주)이 포함되어 있습니다. 이전에는 6개의 문(phyla)만이 알려져 있었습니다. 이에 비해 현재 동물의 왕국에는 40개의 문이 알려져 있습니다. 척추동물 이는 단 하나의 문(Chordata)에만 속합니다.
황산염 환원이나 최근 발견된 호산성 박테리아의 산소 호흡에 의한 식물 펙틴 분해의 도식적 표현. 크레딧: DSMZ
새로 발견된 다기능 박테리아 종
연구자들은 이러한 새로운 “황산염 환원제” 중 하나를 거의 연구되지 않은 유산균문에 매핑하고 생물반응기에서 이를 연구할 수 있었습니다.
그들은 환경 미생물학의 최신 방법을 사용하여 이러한 박테리아가 황산염 환원으로부터 에너지를 얻고 산소를 호흡할 수 있음을 입증할 수 있었습니다. 이 두 경로는 일반적으로 알려진 모든 미생물에서 상호 배타적입니다. 동시에 연구자들은 황산염 환원 산세균이 이전에 알려지지 않았던 “황산염 환원제”의 또 다른 특성인 펙틴과 같은 복잡한 식물 탄수화물을 분해할 수 있음을 보여줄 수 있었습니다.
따라서 연구자들은 교과서 지식을 완전히 뒤집었습니다. 그들은 복잡한 식물 화합물이 이전에 생각했던 것처럼 서로 다른 미생물 간의 조화로운 상호 작용뿐만 아니라 지름길을 통한 단일 박테리아 종에 의해 산소 배제 하에서 분해될 수 있음을 보여주었습니다.
새로운 “황산염 환원제”를 연구할 수 있는 DSMZ의 생물반응기 옆에 있는 Stefan Dyskma 박사(왼쪽)와 Michael Bester 교수. 크레딧: DSMZ
또 다른 새로운 발견은 이 박테리아가 이러한 목적으로 황산염과 산소를 사용할 수 있다는 것입니다. DSMZ와 브라운슈바이크 기술 대학의 연구원들은 현재 새로운 발견이 탄소와 황 순환 사이의 상호 작용에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 그것이 기후 관련 과정과 어떤 관련이 있는지 조사하고 있습니다.
참고자료:
“황산염 환원 호산성 박테리아에 의한 산소 호흡 및 다당류 분해” Stefan Dijksma 및 Michael Bester 작성, 2023년 10월 10일, 네이처커뮤니케이션즈.
도이: 10.1038/s41467-023-42074-z
Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe 및 Michael Bester의 “다양한 황산염/황산염 감소 잠재력을 가진 미생물의 세계적 다양성 및 추론된 생태생리학”, 2023년 10월 5일, FEMS 미생물학 리뷰.
도이: 10.1093/femsre/fuad058
