Các vi sinh vật khử sunfat (SRM) hoặc prokaryote khử sunfat (SRP) là một nhóm bao gồm vi khuẩn khử sunfat (SRB) và vi khuẩn khử sunfat (SRA), cả hai có thể thực hiện hô hấp kị khí sử dụng sunfat (SO 4 2 Từ ) làm chất nhận điện tử cuối, khử nó thành hydro sunfua (H 2 S). Các microrganism sulfidogen "thở" sulfate chứ không phải oxy phân tử (O 2 ), đó là chất nhận điện tử cuối cùng bị khử thành nước (H 2 O) trong hô hấp hiếu khí.
Hầu hết các vi sinh vật khử sunfat cũng có thể làm giảm các hợp chất lưu huỳnh vô cơ bị oxy hóa khác, chẳng hạn như sulfite (SO 3 2 4 2 Từ ), thiosulfate (S 2 O 3 2, ), trithionate (S 3 O 6 2 Từ ), tetrathionate (S 4 O 6 2− ), lưu huỳnh nguyên tố (S 8 ), và polysulfides (S n 2− ). Tùy thuộc vào ngữ cảnh, "microrganism khử sulfate" có thể được sử dụng theo nghĩa rộng hơn (bao gồm tất cả các loài có thể làm giảm bất kỳ hợp chất lưu huỳnh nào) hoặc theo nghĩa hẹp hơn (chỉ bao gồm các loài làm giảm sulfate và loại trừ thiosulfate và lưu huỳnh nghiêm ngặt giảm tốc, ví dụ).
Các vi sinh vật khử sunfat có thể được truy nguyên từ 3,5 tỷ năm trước và được coi là một trong những dạng vi khuẩn lâu đời nhất, đã góp phần vào chu trình lưu huỳnh ngay sau khi sự sống xuất hiện trên Trái đất. [3]
Nhiều sinh vật giảm một lượng nhỏ sunfat để tổng hợp các thành phần tế bào chứa lưu huỳnh; điều này được gọi là khử sunfat đồng hóa . Ngược lại, các vi sinh vật khử sulfate được xem xét ở đây làm giảm lượng sulfate với số lượng lớn để thu được năng lượng và trục xuất sulfide thành chất thải; điều này được gọi là khử sunfat hòa tan. [4] Họ sử dụng sunfat làm chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi vận chuyển điện tử của họ. [5] Hầu hết trong số chúng là vi khuẩn kỵ khí; tuy nhiên, có những ví dụ về các vi sinh vật khử sunfat có khả năng chịu oxy và một số trong số chúng thậm chí có thể thực hiện hô hấp hiếu khí. [6] Không có sự tăng trưởng nào được quan sát thấy khi oxy được sử dụng làm chất nhận điện tử. [7] các vi sinh vật khử cũng có thể làm giảm các chất nhận điện tử khác, chẳng hạn như fumarate, nitrate (NO 3 – ), nitrite (NO 2 – ), sắt [Fe(III)]và dimethyl sulfoxide. [1] [8]
Về mặt người cho điện tử, nhóm này chứa cả các chất hữu cơ và lithotrophs. Các chất hữu cơ oxy hóa các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như carbohydrate, axit hữu cơ (ví dụ, formate, lactate, acetate, propionate, và butyrate), alcohols (metanol và ethanol), hydrocacbon aliphatic (bao gồm cả metan), và hydrocarbon thơm (benzen) và xylene). [9] Các litotrophs oxy hóa hydro phân tử (H 2 ), do đó chúng cạnh tranh với methanogens và acetogen trong điều kiện yếm khí. [9] Một số vi sinh vật khử sunfat có thể sử dụng trực tiếp kim loại. [Fe(0)] với tư cách là nhà tài trợ điện tử, oxy hóa nó thành sắt kim loại [Fe(II)]. [10]
Tầm quan trọng và dấu hiệu sinh thái [ chỉnh sửa ]
Sulfate xảy ra rộng rãi trong nước biển, trầm tích hoặc nước bị phân hủy chất hữu cơ. Các vi sinh vật khử sunfat là phổ biến trong môi trường yếm khí, nơi chúng hỗ trợ quá trình phân hủy vật liệu hữu cơ. [11] Trong các môi trường kỵ khí này, vi khuẩn lên men lấy năng lượng từ các phân tử hữu cơ lớn; các hợp chất nhỏ hơn như axit hữu cơ và rượu được oxy hóa thêm bởi acetogen và methanogens và các vi sinh vật khử sulfate cạnh tranh. [5]
Hydrogen sunfua độc hại là sản phẩm thải của vi sinh vật khử sunfat; Mùi trứng thối của nó thường là một dấu hiệu cho sự hiện diện của các vi sinh vật khử sunfat trong tự nhiên. [11] Các vi sinh vật khử sunfat chịu trách nhiệm cho mùi lưu huỳnh của đầm lầy muối và bãi bùn. Phần lớn hydro sunfua sẽ phản ứng với các ion kim loại trong nước để tạo ra sunfua kim loại. Các sunfua kim loại này, chẳng hạn như sắt sunfua (FeS), không hòa tan và thường có màu đen hoặc nâu, dẫn đến màu sẫm của bùn. [2]
Trong sự kiện tuyệt chủng Permi Tri Triic (250 triệu Cách đây nhiều năm) một sự kiện anoxic nghiêm trọng dường như đã xảy ra khi các dạng vi khuẩn này trở thành lực lượng thống trị trong hệ sinh thái đại dương, tạo ra một lượng lớn hydro sunfua. [12]
methylmercury như một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của chúng, thông qua quá trình methyl hóa thủy ngân vô cơ có trong môi trường xung quanh. Chúng được biết đến là nguồn chủ yếu của dạng thủy ngân tích lũy sinh học này trong các hệ thủy sinh [13].
Một số vi sinh vật khử sulfate có thể làm giảm hydrocarbon, và chúng đã được sử dụng để làm sạch đất bị ô nhiễm. Việc sử dụng chúng cũng đã được đề xuất cho các loại ô nhiễm khác. [3]
Các vi sinh vật khử sunfat được coi là một cách khả thi để đối phó với nước mỏ axit được tạo ra bởi các vi sinh vật khác. [ cần trích dẫn ]
Các vấn đề gây ra bởi các vi sinh vật khử sunfat [ chỉnh sửa ]
Trong kỹ thuật, các vi sinh vật khử sunfat có thể gây ra vấn đề khi các cấu trúc kim loại bị phơi nhiễm thành nước có chứa sunfat: Sự tương tác của nước và kim loại tạo ra một lớp hydro phân tử trên bề mặt kim loại; Các vi sinh vật khử sulfate sau đó oxy hóa hydro trong khi tạo ra hydro sunfua, góp phần ăn mòn.
Hydrogen sulfide từ các vi sinh vật khử sulfate cũng đóng một vai trò trong sự ăn mòn sulfide sinh học của bê tông. Nó cũng xảy ra trong dầu thô chua. [3]
Một số vi sinh vật khử sunfat đóng vai trò trong quá trình oxy hóa yếm khí của metan: [3]
- CH 4 + SO 4 2− → HCO 3 – + HS – + H 2 O
Một phần quan trọng của Mêtan hình thành bởi methanogens dưới đáy biển bị oxy hóa bởi các vi sinh vật khử sunfat trong vùng chuyển tiếp tách methanogenesis khỏi hoạt động khử sunfat trong trầm tích. Quá trình này cũng được coi là một chìm lớn đối với sunfat trong trầm tích biển.
Trong nứt vỡ thủy lực, chất lỏng được sử dụng để tạo thành các thành phần đá phiến để thu hồi khí metan (khí đá phiến) và hydrocarbon. Các hợp chất diệt khuẩn thường được thêm vào nước để ức chế hoạt động của vi sinh vật của các vi sinh vật khử sulfate, để nhưng không giới hạn, tránh quá trình oxy hóa metan kỵ khí và tạo ra hydro sunfua, cuối cùng dẫn đến giảm thiểu khả năng mất sản xuất.
Hóa sinh [ chỉnh sửa ]
Trước khi sulfate có thể được sử dụng làm chất nhận điện tử, nó phải được kích hoạt. Điều này được thực hiện bởi enzyme ATP-sulfurylase, sử dụng ATP và sulfate để tạo ra adenosine 5'-phosphosulfate (APS). APS sau đó được giảm xuống thành sulfite và AMP. Sulfite sau đó được tiếp tục khử thành sulfide, trong khi AMP được chuyển thành ADP bằng cách sử dụng một phân tử ATP khác. Do đó, quá trình tổng thể bao gồm sự đầu tư của hai phân tử chất mang năng lượng ATP, phải được lấy lại từ quá trình khử. [1]
Enzim khử khử (bi) sulfite reductase, DSrAB ), đó là chất xúc tác cho bước cuối cùng của quá trình khử sulfate hòa tan, là gen chức năng được sử dụng nhiều nhất như là một dấu hiệu phân tử để phát hiện sự hiện diện của các vi sinh vật khử sulfate. [14]
Phylogeny [ ] Các vi sinh vật khử sulfate đã được coi là một nhóm kiểu hình, cùng với các vi khuẩn khử lưu huỳnh khác, cho mục đích nhận dạng. Chúng được tìm thấy trong một số dòng phát sinh gen khác nhau. [15] Tính đến năm 2009, 60 chi có chứa 220 loài vi khuẩn khử sulfate đã được biết đến. [3]
Trong số các loại Deltaproteobacteria vi khuẩn bao gồm Desulfobacterales, Desulfovibrionales và Syntrophobacterales. Điều này chiếm nhóm vi khuẩn khử sunfat lớn nhất, khoảng 23 chi. [1]
Nhóm vi khuẩn khử sunfat lớn thứ hai được tìm thấy trong các Firmicutes, bao gồm cả chi Desulfotomaculum Desulfosporomusa và Desulfosporosinus .
Trong bộ phận Nitrospirae, chúng tôi tìm thấy các loài khử sulfate Thermodesulfovibrio .
Hai nhóm nữa bao gồm vi khuẩn khử sunfat sunfat được cung cấp phyla của riêng họ, Thermodesulfobacteria và Thermodesulfobium .
Ngoài ra còn có ba chi được biết đến của archaea khử sulfate: Archaeoglobus Thermocladium và Caldivirga . Chúng được tìm thấy trong các lỗ thông thủy nhiệt, các mỏ dầu và suối nước nóng.
Xem thêm [ chỉnh sửa ]
Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]
- ^ a b c d Muyzer, G. và Stams, AJ (tháng 6 năm 2008). "Hệ sinh thái và công nghệ sinh học của vi khuẩn khử sunfat" (PDF) . Tự nhiên Nhận xét Vi sinh vật . 6 (6): 441 Tiết454. doi: 10.1038 / nrmicro1892. PMID 18461075. CS1 duy trì: Sử dụng tham số tác giả (liên kết) [ liên kết chết vĩnh viễn ]
- ^ a Ernst-Detlef Schulze, Harold A. Mooney (1993), Đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái Springer-Verlag, trang 88, 909090, ISBN 9783540581031 CS1 )
- ^ a b c ] e Barton, Larry L. & Fauque, Guy D. (2009). Hóa sinh, sinh lý học và công nghệ sinh học của vi khuẩn khử sunfat . Những tiến bộ trong vi sinh học ứng dụng . 68 . trang 41 doi: 10.1016 / s0065-2164 (09) 01202-7. SĐT 9800123748034. PMID 19426853.
- ^ Rückert, Christian (2016). "Giảm sulfate trong vi sinh vật Những tiến bộ gần đây và ứng dụng công nghệ sinh học". Ý kiến hiện tại về Vi sinh vật . 33 : 140 Điện146. doi: 10.1016 / j.mib.2016,07.007. PMID 27461928.
- ^ a b Larry Barton (chủ biên) (1995), Vi khuẩn khử sunfat ISBN YAM306448577 CS1 duy trì: Văn bản bổ sung: danh sách tác giả (liên kết)
- ^ Kasper U. Kjeldsen; Catherine Joulian & Kjeld Ingvorsen (2004). "Dung nạp oxy của vi khuẩn khử sunfat trong bùn hoạt tính". Khoa học và Công nghệ môi trường . 38 (7): 2038 Vang2043. doi: 10.1021 / es034777e.
- ^ " Simone Dannenberg; Michael Kroder; Dilling Waltraud & Heribert Cypionka (1992)." Oxy hóa H2, hợp chất hữu cơ và hợp chất lưu huỳnh vô cơ bởi vi khuẩn khử sunfat ". Lưu trữ vi sinh vật . 158 (2): 93 Chuyện99. doi: 10.1007 / BF00245211. ; Zhang, Weiwen; Scholten, Johannes CM; Stams, Alfons JM (2011). "Sự linh hoạt chuyển hóa của vi khuẩn khử sunfat". Biên giới về vi sinh học 10.3389 / fmicb.2011.00081. ISSN 1664-302X. PMC 3119409 . PMID 21734907.
- ^ a ; Annachhatre, Ajit P. (2007). "Các nhà tài trợ điện tử để khử sunfat sinh học". Những tiến bộ công nghệ sinh học . 25 (5): 452 Nott463. Doi: 10.1016 / j.biotechad .200 7.05.002. PMID 17572039.
- ^ Kato, Souichiro (2016-03-01). "Chuyển điện tử ngoại bào vi khuẩn và sự liên quan của nó với ăn mòn sắt". Công nghệ sinh học vi sinh vật . 9 (2): 141 Ảo148. doi: 10.111 / 1751-7915.12340. ISSN 1751-7915. PMC 4767289 . PMID 26863985.
- ^ a b Dexter Dyer, Betsey (2003). Hướng dẫn thực địa về vi khuẩn . Comstock Publishing Associates / Cornell University Press. Compeau & R. Bartha (tháng 8 năm 1985), "Vi khuẩn khử sunfat: Methyl hóa chính của thủy ngân trong trầm tích Anoxic Estuarine", Vi sinh vật học ứng dụng và môi trường 50 (2) 502, PMC 238649 PMID 16346866
- ^ Müller, Albert Leopold; Kjeldsen, Kasper Urup; Rattei, Thomas; Pester, Michael; Loy, Alexander (2014-10-24). "Sự đa dạng về kiểu gen và môi trường của các khử khử sulfit loại DsrAB (bi)". Tạp chí ISME . 9 (5): 1152 Tắt1165. doi: 10.1038 / ismej.2014.208. ISSN 1751-7370. PMC 4351914 . PMID 25343514.
- ^ Pfennig N. và Biebel H. (1986), "Vi khuẩn khử sulfate hòa tan", trong Starr và cộng sự Prokaryote về môi trường sống, phân lập và xác định vi khuẩn Springer CS1 duy trì: Sử dụng tham số tác giả (liên kết) CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)
- ^ a b c d Muyzer, G. và Stams, AJ (tháng 6 năm 2008). "Hệ sinh thái và công nghệ sinh học của vi khuẩn khử sunfat" (PDF) . Tự nhiên Nhận xét Vi sinh vật . 6 (6): 441 Tiết454. doi: 10.1038 / nrmicro1892. PMID 18461075. CS1 duy trì: Sử dụng tham số tác giả (liên kết) [ liên kết chết vĩnh viễn ]
- ^ a Ernst-Detlef Schulze, Harold A. Mooney (1993), Đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái Springer-Verlag, trang 88, 909090, ISBN 9783540581031 CS1 )
- ^ a b c ] e Barton, Larry L. & Fauque, Guy D. (2009). Hóa sinh, sinh lý học và công nghệ sinh học của vi khuẩn khử sunfat . Những tiến bộ trong vi sinh học ứng dụng . 68 . trang 41 doi: 10.1016 / s0065-2164 (09) 01202-7. SĐT 9800123748034. PMID 19426853.
- ^ Rückert, Christian (2016). "Giảm sulfate trong vi sinh vật Những tiến bộ gần đây và ứng dụng công nghệ sinh học". Ý kiến hiện tại về Vi sinh vật . 33 : 140 Điện146. doi: 10.1016 / j.mib.2016,07.007. PMID 27461928.
- ^ a b Larry Barton (chủ biên) (1995), Vi khuẩn khử sunfat ISBN YAM306448577 CS1 duy trì: Văn bản bổ sung: danh sách tác giả (liên kết)
- ^ Kasper U. Kjeldsen; Catherine Joulian & Kjeld Ingvorsen (2004). "Dung nạp oxy của vi khuẩn khử sunfat trong bùn hoạt tính". Khoa học và Công nghệ môi trường . 38 (7): 2038 Vang2043. doi: 10.1021 / es034777e.
- ^ " Simone Dannenberg; Michael Kroder; Dilling Waltraud & Heribert Cypionka (1992)." Oxy hóa H2, hợp chất hữu cơ và hợp chất lưu huỳnh vô cơ bởi vi khuẩn khử sunfat ". Lưu trữ vi sinh vật . 158 (2): 93 Chuyện99. doi: 10.1007 / BF00245211. ; Zhang, Weiwen; Scholten, Johannes CM; Stams, Alfons JM (2011). "Sự linh hoạt chuyển hóa của vi khuẩn khử sunfat". Biên giới về vi sinh học 10.3389 / fmicb.2011.00081. ISSN 1664-302X. PMC 3119409 . PMID 21734907.
- ^ a ; Annachhatre, Ajit P. (2007). "Các nhà tài trợ điện tử để khử sunfat sinh học". Những tiến bộ công nghệ sinh học . 25 (5): 452 Nott463. Doi: 10.1016 / j.biotechad .200 7.05.002. PMID 17572039.
- ^ Kato, Souichiro (2016-03-01). "Chuyển điện tử ngoại bào vi khuẩn và sự liên quan của nó với ăn mòn sắt". Công nghệ sinh học vi sinh vật . 9 (2): 141 Ảo148. doi: 10.111 / 1751-7915.12340. ISSN 1751-7915. PMC 4767289 . PMID 26863985.
- ^ a b Dexter Dyer, Betsey (2003). Hướng dẫn thực địa về vi khuẩn . Comstock Publishing Associates / Cornell University Press. Compeau & R. Bartha (tháng 8 năm 1985), "Vi khuẩn khử sunfat: Methyl hóa chính của thủy ngân trong trầm tích Anoxic Estuarine", Vi sinh vật học ứng dụng và môi trường 50 (2) 502, PMC 238649 PMID 16346866
- ^ Müller, Albert Leopold; Kjeldsen, Kasper Urup; Rattei, Thomas; Pester, Michael; Loy, Alexander (2014-10-24). "Sự đa dạng về kiểu gen và môi trường của các khử khử sulfit loại DsrAB (bi)". Tạp chí ISME . 9 (5): 1152 Tắt1165. doi: 10.1038 / ismej.2014.208. ISSN 1751-7370. PMC 4351914 . PMID 25343514.
- ^ Pfennig N. và Biebel H. (1986), "Vi khuẩn khử sulfate hòa tan", trong Starr và cộng sự Prokaryote về môi trường sống, phân lập và xác định vi khuẩn Springer CS1 duy trì: Sử dụng tham số tác giả (liên kết) CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)