Anammoxbacteriën kunnen verrassend goed groeien op hoge concentraties NO, ontdekten onderzoekers van het Max Plank Instituut en de Radboud Universiteit. Dat verhindert mooi de vorming van nog meer N₂O.

Stikstofoxide (NO) zit in uitlaatgassen, komt vrij bij blikseminslag, elektriciteitscentrales, aerobe ammoniumoxidatie en deni­tri­ficatie door micro-organismes. NO, eerst vooral gezien als luchtverontreiniger, bleek later ook een belangrijke signaalstof in het menselijk lichaam en een rol te spelen bij de afweer tegen ziekteverwekkers.

Giftig

‘In zeer lage concentraties is het giftig voor bacteriën’, zegt microbioloog Boran Kartal, groepsleider bij het Max Planck Instituut voor Marine Microbiology in Bremen. ‘Zo bindt NO zeer goed aan heemeiwitten. Veel micro-organismes hebben daarom ontgiftingssystemen om zich van NO te ontdoen, waarbij ze N₂O produceren.’

Toch is NO een belangrijk intermediair in de microbiële stikstofcyclus, zowel voor de oxidatie van ammonium naar nitraat als ook voor de reductie van nitraat tot N₂. In het in Delft ontdekte anammoxproces – de anaerobe oxidatie van ammonium met nitriet tot stikstofgas – is het eveneens een intermediair. ‘Er is weleens geprobeerd om verschillende bacterieculturen zeer kleine hoeveelheden NO te voeren, maar directe groei is nog nooit eerder waargenomen’, zegt Kartal. Totdat hij en zijn Nijmeegse collega’s culturen met de anammoxbacterie Kuenenia stuttgartiensis aan hoge concentraties (450 mg N per liter NO; gasfase) blootstelde, die keurig werden omgezet naar N₂ en meer biomassa. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications.

‘De sleutelrol van anammox is hiermee nog duidelijker geworden’

Nu is NO ook de voorloper van N₂O, een van de belangrijkste ozonafbrekende verbindingen. Volgens het vijfde IPCC-rapport is de totale bijdrage van N₂O aan het broeikaseffect sinds het vorige rapport met 6 % toegenomen. Hierdoor is N₂O de op twee na grootste veroorzaker van het broeikaseffect geworden. Daarnaast is N₂O sinds de uitfasering van de chloorfluorkoolwaterstoffen de primaire ozonafbrekende emissie.

Alle bacteriën die N₂O kunnen produceren, hebben daarvoor een NO-molecuul nodig. De microbiologen denken dat anammox de NO die in ecosystemen vrijkomt, al afvangt en omzet tot onschadelijk stikstofgas voordat andere micro-organismes er N₂O van kunnen maken, en zo de hoeveelheid broeikasgas verminderen. ‘De sleutelrol van anammox in het ecosysteem en de centrale rol van NO in de stikstofcyclus zijn hiermee voor ons nog duidelijker geworden’, stelt Kartal. Eerder bleek al dat anammoxbacteriën wereldwijd verantwoordelijk zijn voor 30 tot 50 % van het stikstofgas uit oceanen.

Reinigen van afgassen

Als NO-afvanger zou de rol van anammox voor de vermindering van broeikasgas weleens kunnen toenemen. Kartal: ‘In afvalwaterzuiveringen vindt anammox al jaren op vele plekken in de wereld succesvol toepassing om stikstofverbindingen te verwijderen. Dat proces kun je met deze kennis verder optimaliseren. Je kunt ook denken aan het reinigen van afgassen met NO_x.’ Zelf werkt hij verder aan het moleculaire mechanisme om te begrijpen hoe die bacteriën van het gas kunnen leven.

Volgens Kartal zou het kunnen dat anammox een van de eerste routes van de stikstofcyclus was. Lang voordat er zuurstof in onze atmosfeer aanwezig was, was NO beschikbaar als sterke oxidator. ‘Het kan zijn dat anammox in eerste instantie op NO groeide, maar naarmate de meer geoxideerde stikstofverbindingen zoals nitriet in het milieu toenamen, de bacterie een nitrietreductase ontwikkelde en de anammoxbacterie werd zoals we die nu kennen. Ze heeft haar vermogen om op NO te groeien alleen nooit verloren.’