Metanogeenit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 5. elokuuta 2015 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 26 muokkausta .

Metanogeenit  ovat arkeeja , jotka tuottavat metaania aineenvaihdunnan sivutuotteena hapettomissa olosuhteissa. Niitä on laajalti kosteikoissa , joissa ne muodostavat metaania (sokaasua) ja märehtijöiden ja ihmisten suolistossa, ja ne ovat vastuussa ilmavaivoista . [1] Syvissä valtamerissä arkeoiden aiheuttama metaanin biosynteesi sijaitsee yleensä sulfaattien ulostuloissa . [2] Jotkut ovat äärimmäisiä ja elävät kuumissa lähteissä ja suurissa syvyyksissä, samoin kuin kivillä ja useiden kilometrien syvyydellä maankuoressa.

Fysiologia, ekologia

Niiden aineenvaihdunta Tapaa lämpötiloissa 0-70 °C, jotkut pystyvät toimimaan jopa 90 °C:ssa, korkeammissa lämpötiloissa ne kuolevat. Lämpötilan noustessa aineenvaihdunnan tehokkuus paranee. Metanogeenisen bakteerialustan pH:n on oltava anaerobinen, neutraali tai lievästi emäksinen ja sen tulee sisältää vähintään 50 % vettä. Tästä syystä niitä esiintyy yleisimmin: suolla, riisisadoilla, lannassa , lietteessä tai märehtijöiden ruoansulatusjärjestelmässä. Metanogeenisten bakteerien estäjiä ovat: orgaaniset hapot, happi ja desinfiointiaineet. Ne elävät myös: selkärankaisten suolistossa ja termiittien ruoansulatusjärjestelmässä .

Jotkut niistä, niin sanotut hydrotrofit , käyttävät vetyä energialähteenä (pelkistysaineena) ja hiilidioksidia hiilen lähteenä. Osa hiilidioksidista reagoi vedyn kanssa tuottaen metaania ja muodostaen kalvon yli protonigradientin, jota käytetään ATP :n syntetisoimiseen . Sitä vastoin kasvit ja levät käyttävät vettä pelkistimenä. Muut metanogeenit käyttävät asetaattia (CH 3 COO − ) hiilen lähteenä ja energialähteenä. Tämän tyyppistä aineenvaihduntaa kutsutaan "asetotrofiseksi", jossa asetaatti hajoaa hiilidioksidin ja metaanin tuottamiseksi. Muut metanogeenit voivat käyttää metyloituja yhdisteitä, kuten metyyliamiineja , metanolia ja metaanitiolia .

Metanogeeneillä on elintärkeä ekologinen rooli anaerobisissa ympäristöissä poistamalla ylimääräistä vetyä ja anaerobisia aineenvaihduntatuotteita, joita muut mikro-organismit tuottavat. Metanogeenit kasvavat yleensä aktiivisesti ympäristöissä, joissa kaikki muut elektronin vastaanottajat (happi, nitraatit, sulfaatit ja rauta) ovat lopussa. Noin 50 lajilla 17 suvusta on kyky muodostaa metaania, jotka kaikki kuuluvat Euryarchaeota -alueen arkeaan . Perinteisesti niitä pidetään metaania muodostavien bakteerien ryhmänä, mutta fylogeneettisesti se on hyvin heterogeeninen. Luokkia on neljä, mukaan lukien 6 luokkaa: Methanobacteria ( Methanobacteriales ), Methanococci ( Methanococcales ), Methanopyri ( Methanopyrales ) ja Methanomicrobiales , joissa on 3 luokkaa ( Methanomicrobiales , Methanosarcinales ja Methanocellales ). Methanopyrales on fylogeneettisesti vanhin, kun taas Methanosarcinales on nuorin [3] [4] [5] . Vuonna 2008 löydetty Methanocellales-lahko on sukua riisipeltojen maaperästä löytyneille arkeille Methanocella paludicola ja Methanocella arvoryzae . He osallistuvat autotrofiseen metanogeneesiin. Methanoplasmatales , jotka ovat sukua Thermoplasmatalesille , ehdotettiin kirjallisuudessa seitsemänneksi [6], mutta nimettiin sitten uudelleen Methanomassiliicoccaleiksi . [7]

Jäteveden käsittely

Metanogeenit ovat laajalti käytössä anaerobisissa reaktoreissa jäteveden sekä vesipitoisten orgaanisten epäpuhtauksien käsittelyssä. Teollisuus on valinnut metanogeenit niiden kyvyn vuoksi suorittaa biometanaatiota jäteveden hajoamisen aikana, mikä tekee prosessista kestävän ja kustannustehokkaan.

Anaerobisessa reaktorissa tapahtuvaan biohajoamiseen liittyy nelivaiheinen yhteistoiminta, jonka suorittavat erilaiset mikro-organismit. Ensimmäinen vaihe on liukenemattoman polymeroidun orgaanisen aineen hydrolyysi anaerobeilla, kuten Streptococcus ja Enterobacterium . Toisessa vaiheessa hapotogeenit hajottavat jäteveteen liuenneet orgaaniset epäpuhtaudet rasvahapoiksi. Kolmannessa vaiheessa asetogeenit muuttavat rasvahapot asetaateiksi. Viimeisessä vaiheessa metanogeenit metaboloivat asetaatit metaanikaasuksi. Sivutuote metaani poistuu vesikerroksesta ja toimii energialähteenä keittimessä tapahtuvaan jäteveden käsittelyyn luoden näin itseään ylläpitävän mekanismin.

Metanogeenit vähentävät myös tehokkaasti jätevesien orgaanisen aineen pitoisuutta. Esimerkiksi maatalouden orgaanista ainetta sisältävät jätevedet ovat suuri syy vesiekosysteemien huonontumiseen. Kemiallinen epätasapaino voi johtaa vakaviin seurauksiin, kuten rehevöitymiseen . Anaerobisen mädätyksen avulla jäteveden käsittely voi estää odottamattomia kukintoja vesijärjestelmissä ja myös hidastaa metanogeneesiä keittimissä. Tämä vapauttaa biometaania energiantuotantoon ja estää voimakkaan kasvihuonekaasun, metaanin, vapautumisen ilmakehään.

Jäteveden orgaaniset komponentit vaihtelevat suuresti. Orgaanisen aineen kemialliset rakenteet valitaan tiettyjä metanogeeneja varten anaerobista mädätystä varten. Esimerkkinä on, että Methanosaeta -suvun jäsenet hallitsevat palmuöljytehtaan jätevesien (POME) ja panimojätteiden mädätystä. Jätevedenkäsittelyjärjestelmien modernisointia lisäämällä mikro-organismien valikoimaa orgaanisen aineksen vähentämiseksi käsittelyprosessissa tutkitaan aktiivisesti mikrobiologisen ja kemiantekniikan alalla. Nykypäivän uuden sukupolven vaiheistetuissa monivaiheisissa anaerobisissa reaktoreissa ja lietereaktorijärjestelmissä on innovatiivisia ominaisuuksia, jotka kestävät suuria jätevesien kuormituksia, äärimmäisiä lämpötiloja ja mahdollisia inhiboivia yhdisteitä.

Edustajat

Linkit

  1. ↑ Joseph W. Lengeler. Prokaryoottien  biologia . - 1999. - s. 796. - ISBN 0632053577 .
  2. ↑ JK Kristjansson, et ai. Eri Ks-arvot metanogeenisten bakteerien ja sulfaattia pelkistävien bakteerien vedylle: selitys sulfaatin ilmeiselle metanogeneesin estämiselle   // Arch . mikrobiol. : päiväkirja. - 1982. - Voi. 131 . - s. 278-282 . - doi : 10.1007/BF00405893 .
  3. ↑ Rudolf K. Thauer, Anne Kristin Kaster, Henning Seedorf, Wolfgang Buckel, Reiner Hedderich: Methanogenic archaea: ekologisesti merkitykselliset erot energiansäästössä. Julkaisussa: Nature Reviews Microbiology. Bändi 6, Nr. 8, 2008, PMID 18587410 , doi : 10.1038/nrmicro1931 , S. 579-591.
  4. ↑ S. Sakai et ai.: Methanocella paludicola gen. marraskuu, sp. marraskuuta, metaania tuottava arkeoni, ensimmäinen isolaatti 'Riisiklusteri I' -perinteestä ja ehdotus uudeksi arkeelliseksi veljekseksi Methanocellales ord. marraskuu. Julkaisussa: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 58 (Pt 4), 2008. PMID 18398197 , S. 929-936. PDF  (linkki ei saatavilla) (freier Volltextzugriff, engl.).
  5. ↑ S. Sakai et ai.: Methanocella arvoryzae sp. nov., riisinpellon maaperästä eristetty vetygenotrofinen metanogeeni. Julkaisussa: 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 ym.: 'Methanoplasmatales': Thermoplasmataleihin liittyvät arkeat termiittisuolissa ja muissa ympäristöissä ovat metanogeenien seitsemäs luokka. Julkaisussa: Applied and Environmental Microbiology. 2012, PMID 23001661 , doi : 10.1128/AEM.02193-12 .
  7. ↑ Sisältö: Methanoplasmatalesin,  metanogeenien seitsemännen luokan, monimuotoisuus, ultrarakenne ja vertaileva genomiikka . Haettu 22. huhtikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 22. huhtikuuta 2018.

Katso myös

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 Arkeaalinen luokitus
Euryarchaeota
TACK
Asgard
DPANN
  • Aenigmarchaeota
  • Diaferotriitit
  • Micraarchaeota
  • Nanoarchaeota
  • Nanohaloarchaeota
  • Pacearchaeota
  • Parvarchaeota
  • Undinarchaeota
  • Woesearchaeota