Penemuan mikroorganisme 3-in-1 menjungkirbalikkan buku teks

Mikroorganisme memainkan peran penting dalam menjaga siklus belerang dan mempengaruhi proses iklim. Penelitian ini telah menemukan mikroorganisme pereduksi sulfat yang beragam dan multifungsi, yang mampu mereduksi sulfat dan menghirup oksigen secara bersamaan, sehingga membalikkan konsensus ilmiah sebelumnya. (Konsep teknis.)

Studi tentang mikroorganisme yang relevan dengan lingkungan menunjukkan keanekaragaman yang lebih besar dari perkiraan sebelumnya

Sebuah tim peneliti telah menunjukkan bahwa terdapat keanekaragaman hayati yang sangat tinggi dari mikroorganisme yang ramah lingkungan di alam. Keanekaragaman ini setidaknya 4,5 kali lebih besar dari yang diketahui sebelumnya. Para peneliti baru-baru ini mempublikasikan temuan mereka di jurnal bergengsi Komunikasi Alam dan Ulasan Mikrobiologi FEMS.

Dunia mikroorganisme yang tersembunyi sering kali diabaikan, meskipun banyak proses terkait iklim dipengaruhi oleh mikroorganisme, yang sering dikaitkan dengan keanekaragaman organisme yang menakjubkan. Menggolongkan Dalam kelompok bakteri dan archaea (“archaebacteria”). Misalnya, mikroorganisme pereduksi sulfat mengubah sepertiga karbon organik dalam sedimen laut menjadi karbon dioksida. Ini menghasilkan hidrogen sulfida beracun. Sisi positifnya, mikroorganisme pengoksidasi belerang dengan cepat menggunakannya sebagai sumber energi dan menjadikannya tidak berbahaya.

“Proses ini juga memainkan peran penting di danau, rawa, dan bahkan di usus manusia untuk menjaga keseimbangan dan kesehatan alam,” kata Profesor Michael Bester, Kepala Departemen Mikroorganisme di Leibniz DSMZ dan profesor di institut tersebut. Mikrobiologi di Universitas Teknik Braunschweig. Sebuah penelitian telah meneliti metabolisme salah satu mikroorganisme baru ini secara lebih rinci, mengungkapkan multifungsi yang sebelumnya tidak dapat dicapai.

Keanekaragaman spesies mikroorganisme pereduksi sulfat yang sangat besar telah ditemukan. Pereduksi sulfat kini ditemukan di total 27 filum dalam Bakteri dan Archaea, bukan enam filum yang diketahui sebelumnya. Kredit: DSMZ

Keseimbangan kritis dari siklus belerang

Siklus belerang adalah salah satu siklus biogeokimia terpenting dan tertua di planet kita. Pada saat yang sama, hal ini berkaitan erat dengan siklus karbon dan nitrogen, yang menggarisbawahi pentingnya hal ini. Hal ini terutama dioperasikan oleh mikroorganisme pereduksi sulfat dan pengoksidasi sulfur. Secara global, pengurang sulfat mengalihkan sekitar sepertiga karbon organik yang mencapai dasar laut setiap tahunnya. Sebaliknya, pengoksidasi belerang mengkonsumsi sekitar seperempat oksigen dalam sedimen laut.

Ketika ekosistem ini tidak seimbang, aktivitas mikroorganisme ini dapat dengan cepat menyebabkan penipisan oksigen dan penumpukan hidrogen sulfida beracun. Hal ini menciptakan “zona mati” di mana hewan dan tumbuhan tidak dapat lagi bertahan hidup. Hal ini tidak hanya menyebabkan kerugian ekonomi, misalnya pada sektor perikanan, namun juga kerusakan sosial dengan menghancurkan kawasan rekreasi lokal yang penting. Oleh karena itu penting untuk memahami mikroorganisme mana yang mempertahankan homeostasis siklus belerang dan bagaimana mereka melakukannya.

Hasil yang dipublikasikan menunjukkan bahwa keanekaragaman spesies mikroorganisme pereduksi sulfat mencakup setidaknya 27 filum (strain). Sebelumnya, hanya enam filum yang diketahui. Sebagai perbandingan, saat ini ada 40 filum yang diketahui di dunia hewan Vertebrata Ia hanya termasuk dalam satu filum, Chordata.

Representasi skema degradasi pektin tanaman—baik melalui reduksi sulfat atau respirasi oksigen pada bakteri asidofilik yang baru ditemukan. Kredit: DSMZ

Spesies bakteri multifungsi yang baru ditemukan

Para peneliti dapat memetakan salah satu “pengurang sulfat” baru ini ke filum Acidobacteria yang jarang diteliti dan mempelajarinya dalam bioreaktor.

Dengan menggunakan metode terbaru dari mikrobiologi lingkungan, mereka mampu menunjukkan bahwa bakteri ini dapat memperoleh energi dari reduksi sulfat dan menghirup oksigen. Kedua jalur ini biasanya saling eksklusif pada semua mikroorganisme yang diketahui. Pada saat yang sama, para peneliti dapat menunjukkan bahwa acidobacteria pereduksi sulfat dapat memecah karbohidrat tanaman kompleks seperti pektin – sifat lain yang sebelumnya tidak diketahui sebagai “pereduksi sulfat”.

Dengan demikian, para peneliti mengubah pengetahuan buku teks. Mereka menunjukkan bahwa senyawa kompleks tanaman dapat terdegradasi dengan pengecualian oksigen, tidak hanya melalui interaksi terkoordinasi antara mikroorganisme yang berbeda, seperti yang diperkirakan sebelumnya, tetapi juga oleh satu spesies bakteri melalui jalan pintas.

Stefan Dyskma (kiri) dan Prof. Michael Bester di samping bioreaktor di DSMZ, tempat “pengurang sulfat” baru dapat dipelajari. Kredit: DSMZ

Penemuan baru lainnya adalah bakteri ini dapat menggunakan sulfat dan oksigen untuk tujuan ini. Para peneliti di DSMZ dan Universitas Teknik Braunschweig saat ini sedang menyelidiki bagaimana temuan baru ini mempengaruhi interaksi antara siklus karbon dan sulfur dan bagaimana kaitannya dengan proses terkait iklim.

Referensi:

“Respirasi oksigen dan degradasi polisakarida oleh bakteri asidofilik pereduksi sulfat” oleh Stefan Dijksma dan Michael Bester, 10 Oktober 2023, Komunikasi Alam.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z

“Keanekaragaman global dan kesimpulan ekofisiologi mikroorganisme dengan potensi pereduksi sulfat/sulfat yang berbeda” oleh Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe dan Michael Bester, 05 Oktober 2023, Ulasan Mikrobiologi FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058