Denitrifiserande bakteriar spelar ei nøkkelrolle i utslepp av klimagassen lystgass. No viser ein ny doktorgrad at nitrittakkumulering og oksidativt stress er avgjerande for kor mykje lystgass som slepp ut, og for korleis vi kan betre både jordhelse og vassreinsing.
Martin Menestreaus doktoravhandling kastar nytt lys over korleis denitrifiserande bakteriar regulerer nitrittakkumulering, og korleis dette igjen påverkar utslepp av lystgass. Han viser òg at oksidativt stress hemmar sentrale enzym i prosessen.
Her svarar han på nokre spørsmål om forskinga si:
Kvifor er denne forskinga viktig?
Nitrogen er eit dobbeltegga sverd. Vi treng nitrogen for å dyrke mat og fôr, men overforbruk i store delar av verda har forstyrra den naturlege nitrogensyklusen. Dermed har vi overskride ei av planeten sine tålegrenser og bidrege til aukande utslepp av lystgass – ein kraftig klimagass.
Det meste av dei menneskeskapte utsleppa kjem frå landbruket og blir danna av jordbakteriar. Blant dei viktigaste er dei denitrifiserande bakteriane, som omdannar nitrat til ufarleg nitrogengass. Undervegs slepp dei ut mellomprodukt som nitritt og lystgass. Nitritt kan vidare omdannast av bakteriar eller reagere i jorda og bli ei indirekte kjelde til lystgass.
Kor mykje nitritt som hopar seg opp, kan difor påverke både klimagassutslepp og prosessar som nitrogenfjerning i avløpsanlegg. Trass dette er kunnskapen avgrensa om korleis ulike bakteriar regulerer nitrittakkumulering. Betre innsikt kan òg støtte nye metodar for vassreinsing, der denitrifiserande bakteriar leverer nitritt til anammox-bakteriar, som brukar det til å danne nitrogengass.
Kva er dei viktigaste resultata dine?
Eg har undersøkt denitrifikasjon hos Stutzerimonas-bakteriar, som finst i både jord og vatn, og viser at desse bakteriane har stort genetisk og fenotypisk mangfald i korleis dei handsamar nitrogen. Studien avdekkjer tre ulike strategiar for denitrifikasjon, der graden av regulering avgjer kor mykje nitritt og andre mellomprodukt som hopar seg opp.
Slik grunnforsking er viktig for å forstå og predikere utslepp av lystgass frå jord, for å velje eigna bakteriestammer til bioteknologiske metodar for å redusere klimagassutslepp, og for å optimalisere vassrensingsteknikkar.
Eg utvikla òg ein CRISPR/Cas9-basert metode for genetisk manipulasjon av Stutzerimonas-stammar. Dette gjev forskarar eit nytt verktøy for å studere og påverke denitrifikasjon på genetisk nivå.
I tillegg viser avhandlinga mi at oksidativt stress sterkt påverkar denitrifikasjonen. Desse bakteriane lever ofte i miljø med varierande oksygennivå, og studien dokumenterer at oksidativt stress hemmar fleire av dei sentrale enzyma – særleg det som bryt ned lystgass. Samstundes er bakteriane betre rusta til å takle nitrosativt stress.
Kva betydning kan forskingsarbeidet ditt få for fagområdet og i ein større samanheng?
Funna gjev ny innsikt i korleis miljøfaktorar og genetikk saman styrer bakteriane si evne til å omsetje nitrogen, og dermed kor mykje klimagassar dei slepp ut.
Avhandlinga er eit viktig steg mot meir målretta tiltak for å redusere utslepp av nitrogenhaldige mellomprodukt og klimagassar frå jordbruk og industri. Ho legg òg grunnlag for utvikling av meir berekraftige strategiar for nitrogenforvaltning i framtida.
FAKTA:
Martin Menestreau
- Tidlegare utdanning: MSc Engineer in Biotechnology
- Frå: Paris, Frankrike
- Doktorgrad: Fullført ved NMBUs Fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitskap
- Hovudrettleiar: Professor Åsa Frostegård
- Medrettleiarar: Professor Morten Kjos
- Tittel på avhandlinga:
- Norsk: «Denitrifikasjon hos Stutzerimonas og nært beslektede bakterier: fenotypisk diversitet, regulatoriske mekanismer, genetiske verktøy og stressresponser»
- Engelsk: “Unraveling Denitrification in Stutzerimonas and Other Related Bacteria: Phenotypic Diversity, Control Mechanisms, Genetic Tools, and Stress Responses”