Die Verschmutzung von Böden und Gewässern mit mehreren Schwermetallen ist ein häufiges Problem. Die meisten Studien zu den Auswirkungen von Schwermetallen auf Bakterien, die in diesen Umgebungen leben, haben sich jedoch jeweils nur auf ein Metall konzentriert. In einer kürzlich durchgeführten Studie fanden Forscher heraus, dass der Stoffwechsel von Bakterien verändert wurde, wenn sie einer Mischung aus Metallen ausgesetzt wurden. Diese Veränderung beobachteten die Forscher nicht, wenn Bakterien mit nur einem Metall wuchsen. Experimente deuten darauf hin, dass das Vorhandensein mehrerer Metalle die Zellen dazu veranlasste zu „denken“, dass ihnen Eisen fehlt. Dies wird wahrscheinlich das Verhalten von Bakterien in der Umwelt verändern, da viele bakterielle Enzyme Eisen benötigen, um zu funktionieren.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht in Das ISME-Journal.
Die Forscher untersuchten, wie die Belastung durch Schwermetalle das Verhalten von Bakterien verändert, die in einer verschmutzten Umgebung leben. Das Verständnis eines solchen Verhaltens hilft uns, den Nährstoffkreislauf und die Entfernung oder Reinigung von Schadstoffen zu verstehen. Die Studie ergab, dass die Exposition gegenüber Metallmischungen bakterielle Prozesse stört, die von Eisen abhängig sind. Dies ist wichtig, da viele bakterielle Enzyme, die am Nährstoffkreislauf und der Schadstoffreinigung beteiligt sind, Eisen benötigen, um richtig zu funktionieren.
Urbanisierung, landwirtschaftliche Praktiken und industrielle Aktivitäten haben dazu geführt, dass zahlreiche globale Umgebungen mit erhöhten Konzentrationen mehrerer Schwermetalle kontaminiert sind. Erhöhte Metallkonzentrationen können den mikrobiell getriebenen biogeochemischen Kreislauf stören. Allerdings haben nur wenige Studien die Auswirkungen mehrerer Metalle auf die mikrobielle Physiologie untersucht. Diese Studie konzentrierte sich auf den Untergrund der Oak Ridge Reservation (ORR) des Energieministeriums in Oak Ridge, Tennessee. Der Standort enthält erhöhte Konzentrationen mehrerer Metalle und Nitrate.
Unter Verwendung eines einheimischen Bakterienisolats, das eine an diesem Standort sehr häufig vorkommende Spezies darstellt, untersuchten Forscher der University of Georgia, des Lawrence Berkeley National Laboratory und des Scripps Center for Metabolomics die Auswirkungen einer kombinierten Metallbelastung (acht Metalle in standortrelevanten Konzentrationen). ein Multi-Omics-Ansatz. Parallelexperimente untersuchten die Auswirkungen der einzelnen Metallbestandteile.
Die Metallgemischexposition störte die Zellphysiologie in einer Weise, die größer war als das summative Ergebnis der einzelnen Metallexpositionen. Insbesondere die mehrfache Metallexposition dysregulierte die Eisenhomöostase und löste eine kanonische Eisenmangelreaktion aus. Diese Störung der Eisenhomöostase durch die Metallmischung hemmte die Aktivität von zwei entscheidenden Eisen-Cofaktor-verwendenden Enzymen zur Nitratentfernung im ORR-Untergrund: der Nitrat- und Nitritreduktase. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, von Einzel- zu Multimetallstudien überzugehen, um die Auswirkungen dieser Stressoren auf native mikrobielle Systeme besser einschätzen zu können.
Mehr Informationen:
Jennifer L. Goff et al., Gemischter Schwermetallstress induziert globale Reaktion auf Eisenmangel, Das ISME-Journal (2022). DOI: 10.1038/s41396-022-01351-3