Серобактерии

Серобактерии (Тиобактерии) — весьма разнородная группа прокариотов, окисляющих восстановленные соединения серы.

Пример бактериального мата Thioploca

К серобактериям относят многие фототрофные бактерии (пурпурные и зелёные серобактерии, некоторые цианобактерии), а также целый ряд нефотосинтезирующих (бесцветных серых) бактерий (с особенно низкой степенью родства, даже внутри родов)^[1]. Обитают в пресных и солёных водах. Изучение серобактерий послужило С. Н. Виноградскому основанием для установления хемосинтеза.

Особенности метаболизма

Энергию для синтеза органических веществ они получают, окисляя сероводород

${\displaystyle {\mathsf {2H_{2}S+O_{2}\longrightarrow 2H_{2}O+2S}}}$

или другие восстановленные соединения серы: сульфиды металлов, полисульфиды, неорганические тиосульфаты, политионаты, молекулярную серу.

Основным продуктом окисления соединений серы являются сульфаты. Некоторые серобактерии способны к неполному окислению — например, до элементарной серы. Некоторые из таких бактерии способны накапливать хлопья серы в клетках (pоды Chromatiaceae) или вне клеток (рода из группы зелёных серных, pоды Ectothiorhodospiraceae) и в условиях нехватки сероводорода окислять их дальше, до сульфат-иона:

${\displaystyle {\mathsf {2S+3O_{2}+2H_{2}O\longrightarrow 2H_{2}SO_{4}+Q}}}$

Промежуточными продуктами окисления являются тиосульфат-ион (S₂O₃^2-), сульфит-ион (SO₃^2-), тетратионат-ион (S₄O₆^2-)^[1].

Представители

• Тип Протеобактерии
  • Класс Alphaproteobacteria
    • Род Thiosphaera
  • Класс Betaproteobacteria
    • Род Macromonas
    • Род Thermothrix
    • Род Thiobacillus
  • Класс Gammaproteobacteria
    • Род Achromatium
    • Род Beggiatoa
    • Род Thiobacterium
    • Род Thiomicrospira
    • Род Thioploca
    • Род Thiothrix
  • Класс Epsilonproteobacteria
    • Род Thiovulum

Бактерии, способные к микролитотрофии с использованием восстановленных соединений серы или способные окислять соединения серы, не используя их в качестве источника энергии:

• Тип Протеобактерии
  • Класс Alphaproteobacteria
    • Род Hyphomicrobium
    • Род Paracoccus
  • Класс Betaproteobacteria
    • Род Alcaligenes
  • Класс Gammaproteobacteria
    • Род Pseudomonas
• Тип Aquificae

• Род Hydrogenobacter

Пурпурные серобактерии:

• Семейство Chromatiaceae
• Семейство Ectothiorhodospiraceae

Зелёные серобактерии^[2]:

• Тип Chlorobi
  • Семейство Chlorobiaceae (все роды)

Представители цианобактерий

Сульфидоокисляющие археи^[1]:

• Тип Кренархеоты
  • Класс Thermoprotei
    • Род Acidianus
    • Род Sulfolobus

Экология

Известны симбиозы сульфидокисляющих бактерий с трубчатыми червями и моллюсками, обитающими в донных гидротермах, а также с моллюсками, морскими ежами и другими беспозвоночными, обитающими на границе кислородной и бескислородной зоны литоральных илов.

Серные бактерии, образуя серную кислоту, способствуют разрушению горных пород, каменных и металлических сооружений. Колоссальное количество серных бактерий имеется в Чёрном море, где на глубине около 200 м вода насыщена сероводородом.

Илы, содержащие серобактерий, применяют для очистки сточных вод от сероводорода (за счёт превращения его в сульфат), а также для выщелачивания сульфидных руд. Предлагают использовать для очистки стоков штаммы бактерий, окисляющие сульфид до элементарной серы — это решает проблемы необходимости аэрации (для аэробных серобактерий), утечки сероводорода в атмосферу (издержки аэрации), коррозии труб, закисления почв и активации сульфатредукторов в местах выхода сточных вод. Закисление почв, прежде богатых сульфидами, в результате деятельности сульфидокислителей бывает весьма значительным (до pH = 1), что делает такие почвы непригодными для растений. Также известны случаи коррозии бетонных конструкций (например, канализационных труб) с участием этих бактерий — бетон содержит серу, которую серобактерии окисляют до сульфата, что повышает концентрацию протонов в растворе у поверхности труб — что, в свою очередь, ведёт к растворению карбонатов, входящих в состав бетона, и к интенсивному разрушению труб^[1].