Bacteriën uit het Twentekanaal maken uit nitriet hun eigen zuurstof, zodat ze methaan kunnen afbreken in een zuurstofloze omgeving. En mogelijk deden ze dat al voordat de eerste plant evolueerde als zuurstofproducent, zo melden Nijmeegse microbiologen deze week in Nature.

Dat een dergelijk metabolisme bestaond, hield tot nu toe eigenlijk niemand voor mogelijk. Onderzoeksleider prof. Mike Jetten kent maar één andere bacterie die zuurstof produceert - en die gebruikt chloraat als basis.

Hij speculeert dat dit mechanisme wellicht een paar miljard jaar geleden is geëvolueerd, toen er nog geen fotosynthese bestond en er de Aardse atmosfeer geen vrije zuurstof bevatte maar des te meer methaan en stikstofoxiden.

De Twentekanaalbacterie werd in 2006 voor het eerst gesignaleerd. In eerste instantie was alleen duidelijk dat in de zuurstofloze modderbodem nitriet werd gereduceerd en methaan geoxideerd. Alleen snapte niemand hoe precies. De overall-reactie levert energie op maar is kinetisch nogal lastig. Heel even is zelfs geopperd dat het een symbiose moest zijn van een bacterie en een archaeon die elk een deel van de reactie voor hun rekening namen, pas later werd duidelijk dat de bacterie alles op z’n eentje doet.

Inmiddels lijkt het er op dat die bacterie algemeen voorkomt in milieus met veel nitriet, veel methaan en geen zuurstof, dus zo’n beetje in elke Nederlandse boerensloot. Inmiddels is het ook gelukt om zo’n moddercultuur in het lab te cultiveren. Hier de afzonderlijke bacteriesoorten uit isoleren lukt niet, maar tegenwoordig is het mogelijk om álle DNA te analyseren en daaruit te reconstrueren wat het genoom is van de dominante bacteriesoort. Dat is dus wat ze in Nijmegen hebben gedaan, zowel met modder uit het Twentekanaal als met en monster uit de Ooijpolder ten oosten van de stad.

Met hulp van collega’s in Bremen en Parijs is het vervolgens gelukt om te reconstrueren hoe dat genoom precies werkt. Het blijkt alle genen te bevatten die nodig zijn om methaan aeroob, dus in aanwezigheid van zuurstof, af te breken. Daarnaast bevat het denitrificatiegenen, maar zo te zien alleen voor de omzetting van NO₃^- naar NO₂^-, van NO₂^- naar NO, en van NO naar N₂O. De genen voor de laatste stap, van N₂O naar N₂, ontbreken. En experimenten laten zien dat de vorming van N₂O heel beperkt is.

Het waarschijnlijkste is dus dat de bacterie NO produceert en daar zuurstof uit vrijmaakt. De onderzoekers vermoeden dat er één nog onbekend enzym voor verantwoordelijk is, een ‘NO dismutase’, dat twee NO’s recombineert tot N₂ en tweemaal O.

Proefjes met stikstof- en zuurstofisotopen laten zien dat deze ‘intra-aerobe’ route inderdaad wel eens zou kunnen kloppen.

De onderzoekers stellen voor om de bacterie de naam Methylomirabilis oxyfera mee te geven, wat potjeslatijn is voor zuurstofproducerende methaangoochelaar.

bron: Radboud Universiteit, Nature