Metanogener

Metanogener  är arkéer som producerar metan som en metabolisk biprodukt under anoxiska förhållanden. De är brett utspridda i våtmarker , där de bildar metan (kärrgas) och i tarmarna av idisslare däggdjur och människor och är ansvariga för flatulens . [1] I de djupa haven är biosyntesen av metan av arkéer vanligtvis rumsligt lokaliserad vid sulfatutlopp . [2] Vissa är extremofiler och lever i varma källor och på stora djup, samt på stenar och många kilometer djupt i jordskorpan.

Fysiologi, ekologi

Deras ämnesomsättning Möts vid temperaturer från 0 till 70 ° C, vissa kan fungera även vid 90 ° C, vid högre temperaturer dör de. När temperaturen stiger ökar metabolisk effektivitet. Det metanogena bakteriemediet ska ha ett anaerobt, neutralt eller lätt alkaliskt pH och innehålla minst 50 % vatten. Det är därför de oftast finns i: träsk, risgrödor, gödsel , flytgödsel eller i matsmältningssystemet hos idisslare. Hämmarna av metanogena bakterier är: organiska syror, syre och desinfektionsmedel. De lever också i: tarmarna hos ryggradsdjur och matsmältningssystemet hos termiter .

Vissa av dem, de så kallade hydrotroferna , använder väte som energikälla (reduktionsmedel) och koldioxid som kolkälla. En del av koldioxiden reagerar med väte, producerar metan och skapar en protongradient över membranet, som används för att syntetisera ATP . Däremot använder växter och alger vatten som reduktionsmedel. Andra metanogener använder acetat (CH 3 COO − ) som kolkälla och energikälla. Denna typ av metabolism kallas "acetotrofisk" där acetat bryts ner för att producera koldioxid och metan. Andra metanogener kan använda metylerade föreningar, såsom metylaminer , metanol och metantiol .

Metanogener spelar en viktig ekologisk roll i anaeroba miljöer genom att ta bort extra väte och anaeroba metaboliska produkter som andra former av mikroorganismer producerar. Metanogener växer vanligtvis aktivt i miljöer där alla andra elektronacceptorer (syre, nitrater, sulfater och järnjärn) är utarmade. Cirka 50 arter från 17 släkten har förmågan att bilda metan, som alla tillhör archaea av Euryarchaeota- avdelningen . Traditionellt betraktas de som en grupp metanbildande bakterier, men fylogenetiskt är den mycket heterogen. Det finns fyra klasser inklusive 6 ordningar: Methanobacteria ( Methanobacteriales ), Methanococci ( Methanococcales ), Methanopyri ( Methanopyrales ) och Methanomicrobiales med 3 ordningar ( Methanomicrobiales , Methanosarcinales och Methanocellales ). Methanopyrales är fylogenetiskt äldst, medan Methanosarcinales är yngst [3] [4] [5] . Orden Methanocellales , upptäckt 2008, är relaterad till archaea Methanocella paludicola och Methanocella arvoryzae , som finns i marken på risfält. De är engagerade i autotrofisk metanogenes. Methanoplasmatales , som är släkt med Thermoplasmatales , föreslogs i litteraturen som den sjunde ordningen [6] men döptes sedan om till Methanomassiliicoccales . [7]

Rening av avloppsvatten

Metanogener används i stor utsträckning i anaeroba reaktorer för rening av avloppsvatten, såväl som vattenhaltiga organiska föroreningar. Industrin har valt metanogener för deras förmåga att utföra biometanisering under avloppsvattennedbrytning, vilket gör processen hållbar och kostnadseffektiv.

Biologisk nedbrytning i en anaerob reaktor involverar en samverkansåtgärd i fyra steg som utförs av olika mikroorganismer. Det första steget är hydrolys av olösligt polymeriserat organiskt material av anaerober som Streptococcus och Enterobacterium . I det andra steget bryter acidogener ner lösta organiska föroreningar i avloppsvatten till fettsyror. I det tredje steget omvandlar acetogener fettsyror till acetater. I det sista steget metaboliserar metanogener acetater till metangas. Biprodukten metan lämnar vattenlagret och fungerar som energikälla för avloppsvattenrening i rötkammaren, vilket skapar en självförsörjande mekanism.

Metanogener minskar också effektivt koncentrationen av organiskt material i avloppsvatten. Till exempel är jordbruksavloppsvatten rikt på organiskt material en viktig orsak till försämring av akvatiska ekosystem. Kemiska obalanser kan leda till allvarliga konsekvenser som eutrofiering . Genom anaerob rötning kan rening av avloppsvatten förhindra oväntade blomningar i vattensystem och även fördröja metanogenesen i rötkammare. Detta frigör biometan för energiproduktion och förhindrar att den potenta växthusgasen, metan, släpps ut i atmosfären.

De organiska komponenterna i avloppsvattnet varierar mycket. De kemiska strukturerna av det organiska materialet är valda för specifika metanogener för att utföra anaerob rötning. Ett exempel är att medlemmar av släktet Methanosaeta dominerar rötning av avloppsvatten från palmoljebruk (POME) och bryggeriavfall. Att modernisera reningssystem för avloppsvatten för att inkludera en större variation av mikroorganismer för att minska organiskt material i reningsprocessen forskas aktivt inom området mikrobiologisk och kemiteknik. Dagens nya generationer av flerfasiga anaeroba reaktorer och system för uppslamningsreaktorer är designade med innovativa egenskaper för att motstå högt belastade avloppsvatten, extrema temperaturer och möjliga hämmande föreningar.

Representanter

• Methanobacterium bryantii
• Methanobacterium formicum
• Methanobrevibacter arboriphilicus
• Methanobrevibacter gottschalkii
• Methanobrevibacter ruminantium
• Methanobrevibacter smithii
• Methanocalculus chunghsingensis
• Methanococcoides burtonii
• Methanococcus aeolicus
• Methanococcus deltae
• Methanococcus jannaschii
• Methanococcus maripaludis
• Methanococcus vannielii
• Methanocorpusculum labreanum
• Methanoculleus bourgensis (Methanogenium olentangyi & Methanogenium bourgense)
• Methanoculleus marisnigri
• Methanofollis liminatans
• Methanogenium cariaci
• Methanogenium frigidum
• Methanogenium organophilum
• Methanogenium wolfei
• Metanomicrobium mobil
• Methanopyrus kandleri
• Methanoregula boonei
• Methanosaeta concilii
• Methanosaeta thermophila
• Methanosarcina acetivorans
• Methanosarcina barkeri
• Methanosarcina mazei
• Methanosphaera stadtmanae

• Methanospirillium hungatei
• Methanothermobacter defluvii (Methanobacterium defluvii)
• Methanothermobacter thermautotrophicus (Methanobacterium thermoautotrophicum)
• Methanothermobacter thermoflexus (Methanobacterium thermoflexum)
• Methanothermobacter wolfei (Methanobacterium wolfei)
• Methanothrix sochngenii

Länkar

1. ↑ Joseph W. Lengeler. Prokaryoternas  biologi . - 1999. - S. 796. - ISBN 0632053577 .
2. ↑ JK Kristjansson, et al. Olika Ks-värden för väte från metanogena bakterier och sulfatreducerande bakterier: en förklaring till den uppenbara hämningen av metanogenesen av sulfat   // Arch . mikrobiol. : journal. - 1982. - Vol. 131 . - s. 278-282 . - doi : 10.1007/BF00405893 .
3. ↑ Rudolf K. Thauer, Anne Kristin Kaster, Henning Seedorf, Wolfgang Buckel, Reiner Hedderich: Metanogena arkéer: ekologiskt relevanta skillnader i energibesparing. I: Nature Reviews Microbiology. Band 6, Nr. 8, 2008, PMID 18587410 , doi : 10.1038/nrmicro1931 , S. 579-591.
4. ↑ S. Sakai et al.: Methanocella paludicola gen. nov., sp. nov., en metanproducerande arkeon, det första isolatet av härstamningen 'Rice Cluster I', och förslag från den nya arkeala ordningen Methanocellales ord. nov. I: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 58 (Pt 4), 2008. PMID 18398197 , S. 929-936. PDF  (inte tillgänglig länk) (freier Volltextzugriff, engl.).
5. ↑ S. Sakai et al.: Methanocella arvoryzae sp. nov., en hydrogenotrof metanogen isolerad från risfältsjord. I: 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 et al.: 'Methanoplasmatales': Thermoplasmatales-relaterade arkeor i termittarm och andra miljöer är den sjunde ordningen av metanogener. Inom: Tillämpad och miljömikrobiologi. 2012, PMID 23001661 , doi : 10.1128/AEM.02193-12 .
7. ↑ Beskrivning: Mångfald, ultrastruktur och jämförande genomik av "Methanoplasmatales", den sjunde ordningen av  metanogener . Hämtad 22 april 2018. Arkiverad från originalet 22 april 2018.

Se även

• Metanogenes

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Stor ryss