Comammox (COMplete AMMonia OXidation) es el nombre atribuido a un organismo que puede convertir amoníaco en nitrito y luego en nitrato a través del proceso de nitrificación . [1] Tradicionalmente se ha pensado que la nitrificación es un proceso de dos pasos, donde las bacterias oxidantes de amoníaco y las arqueas oxidan el amoníaco a nitrito y luego las bacterias oxidantes de nitrito lo convierten en nitrato. [2] [3] La conversión completa de amoníaco en nitrato por un solo microorganismo se predijo por primera vez en 2006. [1] En 2015 se descubrió la presencia de microorganismos que podían llevar a cabo ambos procesos de conversión dentro del género Nitrospira , y se actualizó el ciclo del nitrógeno . [4] [5] Dentro del género Nitrospira, los principales ecosistemas comammox se encuentran principalmente en acuíferos naturales y ecosistemas diseñados. [6]
La etapa de nitrificación completa produce más energía (∆G°′ = −349 kJ mol −1 NH 3 ) que cualquier oxidación individual (∆G°′ = −275 kJ mol −1 NH 3 para la oxidación de amoníaco a nitrito y ∆G°′ = −74 kJ mol −1 NO 2 − para la oxidación de nitrito a nitrato). [5]
La nitrificación completa del amoníaco oxidante a nitrato es energéticamente ventajosa para Nitrospira . [5] Debido a la investigación previa realizada en Nitrospira, se pensó que todas las Nitrospira usan nitrito como fuente de energía. [1] Por lo tanto, las Nitrospira comammox no se descubrieron hasta 2015. [5] Todos los nitrificantes descubiertos pertenecen al sublinaje II del género Nitrospira. [3] El genoma de la bacteria quimiolitoautotrófica nitrificante del género Nitrospira codifica tanto la oxidación del amoníaco como la del nitrito. [5] Los genes asociados con el crecimiento por oxidación del amoníaco a nitrato son los genes de la amoníaco monooxigenasa y las hidroxilamina deshidrogenasas (por ejemplo, el gen amoA y el grupo hao). [5] Esto demuestra que la nitrificación completa de Nitrospira sirve como piedra angular de las comunidades microbianas del ciclo del nitrógeno que se encuentran en el medio ambiente. Casi dos años después del descubrimiento de los organismos comammox, Nitrospira inopinata fue el primer nitrificador completo en ser aislado en cultivo puro. [7] El análisis cinético y fisiológico de Nitrospira inopinata demostró que este nitrificador completo tiene una alta afinidad por el amoníaco, una tasa de crecimiento lenta, una baja tasa máxima de oxidación del amoníaco y un alto rendimiento. [7] [6] El descubrimiento de Nitrospira comammox proporciona una visión de la evolución modular del ciclo del nitrógeno y amplía la complejidad de la historia evolutiva de la nitrificación . [5]
Se han identificado comammox en muchos ecosistemas, incluidos los ecosistemas terrestres y de agua dulce naturales. Cabe destacar que no se encontró que los genes de comammox fueran abundantes en los océanos. Además, el uso de ecosistemas diseñados para comammox podría usarse para la eliminación de amonio durante el tratamiento de agua y aguas residuales . [3] Se han encontrado comammox en muchos sistemas diseñados, incluidas unidades de biofiltración de acuicultura , sistemas de tratamiento y distribución de agua potable y plantas de tratamiento de aguas residuales. [3] [6] El crecimiento de comammox en estos ecosistemas diseñados ocurre simultáneamente con bacterias y/o arqueas oxidantes de amoníaco, y en algunos casos supera en número a otros procariotas oxidantes de amoníaco. [3] [6] [8] [9] El ecosistema de comammox es actualmente desconocido en términos de biogeografía , incluida su distribución y abundancia, debido a las influencias de la configuración del proceso y la composición química de las aguas residuales tratadas. [3] [6] A raíz de estos hallazgos, se determinó que el comammox puede superar en selección a las bacterias oxidantes de nitrito canónicas del género Nitrospira en algunos entornos diseñados, lo que sugiere el papel potencialmente importante del comammox en la eliminación eficiente de nitrógeno biológico en los procesos de tratamiento de aguas residuales. [3]