Věda

Jak mikrobi vyrábějí raketové palivo?

Jak mikrobi vyrábějí raketové palivo?

O bakteriích slyší většina z nás jen čas od času, například když je lékař identifikuje jako původce infekční nemoci, která nás právě postihla. Bez nadsázky lze však říci, že bez bakterií by naše planeta nebyla tím, čím je.

Proces zvaný anammox, který ovládají jen některé výjimečně „nadané“ bakterie, patří k těm úplně nejklíčovějším pro všechny ostatní živé tvory na Zemi. Je totiž spoluzodpovědný za rozklad dusíkatých sloučenin do podoby molekulárního dusíku. Po 20 letech po objevu tohoto procesu se jeho molekulární podstatu podařilo nedávno rozplést týmu špičkových holandských odborníků.

Výsledky práce jeho týmu by v budoucnu mohly nalézt řadu nečekaných, ale velmi důležitých praktických využití.

Mocná planetární síla

Úlohy bakterií v globálním ekosystému jsou tak početné a tak významné, že jen jejich vyjmenování by zabralo řadu tiskových stran. K těm nejdůležitějším patří vracení molekulárního dusíku (N2) do oběhu atmosférou a biosférou. Díky činnosti živých organismů je totiž dusík v biosféře zafixován do různých typů dusíkatých sloučenin.

Na konci jejich metabolismu bývá do atmosféry vypuštěn v podobě několika jednoduchých dusíkatých sloučenin (dusičnanů, dusitanů, amoniaku).

Tyto látky však nejsou pro další spotřebu příliš vstřícné a pro hladké fungování současné podoby biosféry je proto třeba jejich převedení do podoby molekulárního dusíku N2.

Dva klíčové procesy

V globálním koloběhu dusíku jsou proto nesmírně důležité procesy, které vracejí dusík zpět do hry. Tím známějším je tzv. denitrifikace, kterou zvládá řada bakteriálních druhů z nejrůznějších bakteriálních kmenů. Tento proces, jehož jádrem je tvorba vazby mezi atomy dusíku redukcí dusičnanů (NO3), byl objeven před téměř 100 lety a dnes je jeho průběh již velmi dobře zmapován.

Druhým z nich, jehož objev byl pro vědce na počátku 90. let velkým překvapením, je znám pod zkratkovým slovem anammox (Anaerobi Amonium OXidation, tedy doslova přeloženo „anaerobní oxidace amoniaku“.) Probíhá v nejrůznějších prostředích, kvantitativně nejvíce zastoupeny jsou však světové oceány.

Vědci odhadují, že je zodpovědný až za 50 % dusíku v atmosféře.

Řada praktických využití

Tak obrovsky významný podíl na globálním trhu s velevýznamným prvkem je jistě dobrý důvod, proč anammox studovat do co největších detailů. Motivace pro jeho studium však nepocházejí jen od ekologů, kteří se snaží monitorovat klíčové procesy v živém světě, ale i z mnohem praktičtější stánky. Anammox je totiž dlouhou dobu využíván jako jedna z cest, jak zbavit odpadní vody toxického amoniaku.

Poznání detailů tohoto procesu by mohlo efektivitu čištění vod výrazně vylepšit. Dalším, a možná neméně významným důvodem, bylo dlouhodobé podezření, že jedním z meziproduktů relativně složitého procesu, je i látka se vzorcem N2H4, známá pod triviálním názvem hydrazin (systematický název je diazan). Tato látka je sice vysoce toxická, nachází však řadu velmi vítaných průmyslových využití.

Nejvýznamnějšího využití dochází jako palivo do raketových motorů.

Má však i řadu dalších.

Velmi choulostivé bakterie

I když se o anammoxu často píše tak, jako kdyby šlo o jednoduchý samovolný proces, opak je pravdou. Je k němu zapotřebí velmi specifické prostředí, řada enzymů a prochází přes řadu velmi toxických meziproduktů. Navíc jej dokážou realizovat jen některé ve vodě žijící bakterie, které mají k tomuto účelu vyvinutou zvláštní strukturu, tzv. anammoxozom.

Jednou z takových bakterií je druh Kuenenia stuttgartensis, který si holandští vědci vybrali za objekt svých výzkumů. Práce s tímto organismem má však řadu úskalí.

„Museli jsme do naší práce zapojit širokou škálu nových experimentálních metod,“ vysvětluje další ze členů týmu, profesor Mike Jetten z Radboudovy univerzity v nizozemském Nijmegenu.„Tyto bakterie je například velmi těžké kultivovat, neboť se dělí pouze jednou za dva týdny. Nejprve jsme tedy byli nuceni vypracovat proces kultivace, který by byl pro tak pomalý proces růstu vhodný.

I přes 20 let trvající pokusy dokážeme tyto bakterie kultivovat pouze v bioreaktorech a nikoliv v běžných kulturách.

Výsledkem však byla více než 95% čistota vzorku,“ popisuje první úskalí jeho kolega profesor Marc Strous.

Raketové palivo v roli mezičlánku

Do pátrání po molekulární mašinérii anammoxu by se vědci ani nepouštěli, kdyby neměli v ruce podrobné znalosti genetického kódu své pokusné bakterie. S pomocí příslušných genových sekvencí byli schopni nalézt nejen příslušné enzymy, které se reakce účastní, ale i počáteční produkty.

„Molekulární dusík, který všichni dýcháme, byl stvořen z dvou jednoduchých sloučenin: raketového paliva hydrazinu a oxidu dusného,“ vysvětluje vedoucí celého projektu Marc Strous. Hydrazin, který byl dávno v podezření, tedy vědci skutečně nalezli. Mike Jetten však mírní nadšení: „Množství hydrazinu, který touto metabolickou drahou vzniká, není nijak závratně vysoké.

Rozhodně ho není tolik, aby dokázal vynést raketu na Měsíc.

Počáteční zájem NASA o naše výzkumy tedy povadl.“ Podaří-li se však vědcům lépe popsat strukturu proteinové „továrny“ uvnitř anammoxozomů, zajímavé aplikace na sebe nemusejí nechat dlouho čekat.

Více z Věda

Prodloužený víkend v Česku může uspokojit každého

Věda17.5.2022

Klíšťová encefalitida aneb Kousnutím to nekončí

Věda13.5.2022

Plastová stavebnice v plicích

Věda10.5.2022

Kam vedla cesta Avarů?

Věda6.5.2022

Raketě hrozí střet s Měsícem

Věda29.4.2022

Největší a přesto zranitelní

Věda26.4.2022

Lidské tělo jako touchpad

Věda22.4.2022

Stromy čekají na objevení

Věda19.4.2022

Kouření z generace na generaci

Věda12.4.2022
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Trumanův syndrom: Žiji si svou reality show!
epochaplus.cz

Trumanův syndrom: Žiji si...

Ráno vstanete a hned na nás míří...
Půst je zdravý
panidomu.cz

Půst je zdravý

Pradávné tajemství, jak si udržet zdraví, na...
Můj syn mi zachránil život
skutecnepribehy.cz

Můj syn mi zachránil život

Díky svému hodnému a velkorysému...
„Orchid House“ Jamese Bonda
rezidenceonline.cz

„Orchid House“ Jamese Bonda

Variace na thajské téma, tak by bylo možné...
Rebarborové muffiny s drobenkou
tisicereceptu.cz

Rebarborové muffiny s...

Místo tradičního koláče s drobenkou...
Vydrží mu manželství s mladou kráskou?
nasehvezdy.cz

Vydrží mu manželství...

Před necelými sedmi lety se...
Komu nakonec skončí herečka v posteli?
nasehvezdy.cz

Komu nakonec skončí herečka...

Hvězda 1. MISE SÁRA...
Trable na Marsu: Tamnímu vrtulníčku Ingenuity zvoní hrana
21stoleti.cz

Trable na Marsu: Tamnímu...

NASA hlásí jisté potíže s marsovským...
33 hodinek Frederique Constant oslavující 33 let svobody
iluxus.cz

33 hodinek Frederique...

Ženevská hodinářská manufaktura Frederique Constant...
Vzácná ambra: Za poklad z břicha vorvaňů se platí miliony
epochaplus.cz

Vzácná ambra: Za poklad z...

Pokud byste ji na sebe nanesli v čerstvém...
MIKULOVSKÉ TAJE A KRÁSY: OBEJDETE JE I PĚŠKY
epochanacestach.cz

MIKULOVSKÉ TAJE A KRÁSY:...

Město Mikulov je ideálním...
Přistání UFO v Německu: Co viděly děti a policisté z Messelu?
enigmaplus.cz

Přistání UFO v Německu: Co...

Manévry záhadných světel doprovázené přistáním...