沼泽微生物具有污染咀嚼能力

污水处理可能是一项不起眼的工作，但细菌很乐意这样做。污水处理厂依靠细菌去除废物中的环境毒素，以便处理后的水可以安全地排放到海洋和河流中。

现在，普林斯顿研究人员在新泽西州沼泽地发现的一种细菌可能提供一种更有效的方法来处理污水，肥料径流和其他形式的水污染中发现的毒素。

细菌，Acidimicrobiaceae细菌A6，能够分解铵，这是污水和肥料径流中的污染物。更令人感兴趣的是，A6可以在没有氧的情况下进行这种化学转化，这种能力可用于为目前用于污水处理和其他过程的昂贵的氧依赖性方法提供替代方法。

普林斯顿大学土木工程教授兼普林斯顿安德林格能源中心教授彼得•贾夫说：“机械将大量能源用于将废气混入废水中以提供氧气来分解铵。”和环境。“A6厌氧地进行同样的反应，可能提供一种更有效的铵处理方法，以及处理贫氧区域(如地下含水层)中发现的其他环境污染物的方法。”

Jaffe和他的同事Shan Huang，普林斯顿大学土木与环境工程副研究员，于4月11日在PLOS ONE杂志上报道了A6的发现及其独特的能力。

大多数排入海洋或河流的下水道工厂已经使用细菌从废物中去除铵，但这样做需要将大量空气搅入污泥中以补充细菌氧气。细菌利用氧气进行化学反应，将铵转化为亚硝酸盐，然后其他细菌将亚硝酸盐转化为无害的氮气。

去除铵对于防止溪流中的氧气耗尽以及防止富营养化，过量藻类和其他植物的生长是由污水和农业径流中的氮化合物引起的。

另一种分解铵的化学方法，称为Feammox，发生在酸性，富含铁的湿地环境和土壤中，并且已发现在新泽西州的河岸湿地土壤中，在Puerto Rice的热带雨林土壤中发生。南卡罗来纳州的湿地土壤，以及中国南方各种森林和湿地。然而，目前尚不清楚Feammox反应的原因。

Jaffe和Huang有一种预感，即2015年研究从新泽西州特伦顿附近的Assunpink湿地采集的样本时，单个细菌可能处于根源。在当时的一项研究中，Jaffe和他的同事发现Feammox反应仅发生在沼泽样品中，当时存在一类称为放线菌的细菌。在这些细菌中，研究人员确定了一种特殊的细菌种类，他们将其称为Acidimicrobiaceae细菌A6，并且他们怀疑这些细菌在Feammox反应中发挥了关键作用。他们预感到A6正在将铵转化为亚硝酸盐，普通细菌处理亚硝酸盐转化为氮气。

然而，分离细菌并明确确认其作用需要多年的艰苦研究。在他们的新研究中，普林斯顿小组将从新泽西湿地采集的土壤样品与水和含有氧化铁和铵的材料混合，并使混合物在小瓶中孵育近一年。

将土壤样品和金属介质混合在小瓶中，在无氧室中进行，并将小瓶气密密封，以模拟细菌来源的湿地土壤的厌氧条件。

在整个一年中大约每两周，科学家们从每个小瓶中取出一个小样本，看看氧化铁和铵是否正在降解。当他们发现这种反应发生的样本时，他们使用基因测序来鉴定存在的细菌种类 - 并且明确发现A6正在进行Feammox反应。

“自从我们发现这种反应发生在新泽西州的湿地之后，我们就怀疑一种细菌正在进行繁重的工作，”贾菲说。“这项研究证实A6具有这种能力，使其成为已知的第一个已知能够进行Feammox反应的物种。”

普林斯顿团队正在探索如何建造一个反应堆，其中A6可用于工业规模的铵处理。一个挑战是细菌消耗大量的铁来进行该过程，这将使其作为替代曝气的方法成本太高。为了解决这个问题，研究人员正在试验在插入反应堆液体的两个电极之间施加一个小电位，这个电极被称为“微生物电解电池”。然后电极可以起到铁在Feammox反应中所起的作用。

普林斯顿团队正在与中国环境部合作开发原型反应堆，以减少废水中的铵和重金属。他们正在探索这项技术能否有助于对抗富营养化，因为径流中过多的养分会破坏河流，湖泊和海岸线。

研究人员还发现，在氧化铵的同时，A6细菌还能够同时去除三氯乙烯和四氯乙烯，这两种污染物经常在污染场地中发现。该细菌还将电子转移到除铁以外的其他化合物，如铀和铜。在铀的情况下，将其转化为不溶于水的形式。

“因为它不需要氧气，A6可以在其他细菌可能没有的地方存活，例如污染的地下水，”Jaffe说。“将其与修复各种污染物的多功能性相结合，它可以成为解决一系列环境问题的重要工具。”

该项目的支持部分由国家科学基金会和普林斯顿项目X基金提供，该基金是一项支持非常规研究的基金。