Ајзенатмер НЗЗ

Микробите можат да „дишат“ метали исто како што правиме ние луѓето со кислородот. Ова овозможува да се исчистат контаминираната почва и подземните води. Меѓу истражувачите започна расправија за основните механизми.

Кога микробиологот Дерек Ловли ја откри бактеријата Геобактер во калта на реката Потомак близу Вашингтон ДЦ, во 1987 година, тој немаше идеја за нејзините извонредни својства. Меѓутоа, наскоро стана јасно дека Геобактер енергијата за метаболизам ја добива од хемиското редукција на железо: Бактеријата пренесува електрони од јаглеродната храна во железо оксид во почвата и во подземните води. Процесот е сличен на оној на човечкото клеточно дишење. Тука се генерира енергија во биохемиски процес, при што електроните се пренесуваат во кислородот што го дишеме. Во Геобактер, сепак, железото го заменува кислородот во респираторниот ланец - новина во биологијата.

Кога микробиологот Дерек Ловли ја откри бактеријата Геобактер во калта на реката Потомак близу Вашингтон ДЦ, во 1987 година, тој немаше поим за нејзините извонредни својства. Меѓутоа, наскоро стана јасно дека Геобактер енергијата за метаболизам ја добива од хемиското редукција на железо: Бактеријата пренесува електрони од јаглеродната храна во железо оксид во почвата и во подземните води. Процесот е сличен на оној на човечкото клеточно дишење. Тука се генерира енергија во биохемиски процес, при што електроните се пренесуваат во кислородот што го дишеме. Во Геобактер, сепак, железото го заменува кислородот во респираторниот ланец - новина во биологијата.

Моќ за чистење

Во следните години беа испитани и други видови геобактери, и се покажа дека организмите можат да користат не само железо, туку и други метали за нивниот метаболизам. Геобактер сулфурдуценцен може да донира електрони на сулфур, геобактер ураниирачки на радиоактивен ураниум. Ова ја отвори можноста за употреба на бактерии за чистење, на пример, на почвата и подземните води од неискористени рудници за ураниум. Геобактерот пренесува по два електрони на јони на ураниум што се јавуваат во почвата, намалувајќи ги на ураниум диоксид. За разлика од јоните на ураниум, ова е тешко растворливо во вода. Преципитира како цврст, па затоа е многу потешко да се дистрибуира во подземните води и не станува опасност толку брзо. Ваквите процеси на чистење со употреба на бактерии, експертите ги нарекуваат биоредијација.

Веќе неколку години, истражувачите ја тестираат моќта за чистење на Геобактер на полигон во Националната лабораторија на Пацифичкиот северозапад во Колорадо. За време на Студената војна, ураниумот од наоѓалиштето се користеше за производство на нуклеарно оружје за армијата. Фабриката е затворена во 1972 година, но радиоактивниот материјал и денес е присутен во подземните води. Со помош на Geobacter, содржината на ураниум во водата се намали за 90 проценти во рок од 50 дена. Бидејќи бактериите се појавуваат во повеќето почви во секој случај, доволно беше да се зголеми нивниот број со нивно хранење. Истражувачите инјектирале оцет во почвата како храна.

Мултифункционални жици

Долго време беше нејасно точно како микробите пренесуваат електрони на метали. Во 2005 година, сепак, истражувачкиот тим на Ловли покажа дека процесните процеси слични на конец, познати како пили, се вклучени во намалувањето на металите. ¹ Истражувачите го нарекоа пилот од Геобактер „наножици“ - жици со дијаметар од неколку нанометри. Сепак, нивната должина може да биде неколку микрометри. Таквите електрично спроводливи протеини беа претходно непознати.

Истражувачите веруваат дека долгиот опсег на наножици им нуди на бактериите значителни придобивки од метаболизмот. Протозоите би можеле да користат пили на сличен начин како што нуркач користи шнорхел: Тие буквално воспоставуваат контакт со метални честички кои се далеку. Пилиот може да се гледа и како средство за „аутсорсинг“ на дишењето. Последниот чекор во респираторниот ланец, трансферот на електрони во метален електронски рецептор, се одвива надвор од бактеријата. Ова е предност што не треба да се потценува, бидејќи големината на честичките од витално значење на металот е голема како онаа на бактеријата. Бактериите не можат толку лесно да ги апсорбираат честичките.

Кога се дише ураниум, трансферот на електрони надвор од клеточното тело исто така директно обезбедува опстанок на микробите, како што неодамна покажаа истражувачите од Државниот универзитет во Мичиген. Тие ги модифицираа клетките на Геобактер така што тие не формираа пили. Тогаш бактериите го намалија ураниумот во клетките, што доведе до нивно уништување

Значи, употребата на пили се чини веродостојна. И исто така е јасно дека пили всушност спроведува електрична енергија. Сепак, точниот механизам на спроводливост е сè уште непознат, иако се појави неодамнешен труд за кој Ловли и неговите колеги веруваат дека покажуваат дека наножиците спроведуваат електрична енергија на сличен начин како и металот. единечен пили. Резултатите укажуваат на метална спроводливост, како што е забележано во синтетички наноструктури направени од метал или во нарушени метали.

Скептични колеги

Сепак, малата истражувачка заедница што се занимава со оваа тема останува скептична. Земете го Јуриј Горби, на пример: Поранешниот постдоцкал Ловли неодамна започна да работи на Универзитетот во Јужна Калифорнија и има големи сомнежи дека пили всушност може да се карактеризираат како метали. Тој веќе се распаѓа со Ловли. За време на неговото работно време како вработен во Ловли, тој ги измисли терминот и концептот на „наножици“, вели Горби. Но, морално сомнителното однесување обезбеди славата сега да падне на другите.

Денес Горби работи и на разни други бактериски соеви за кои се сомнева дека се спроводливи пили. Во 2006 година тој демонстрираше такви наножици за организмот наречен Шеванела. ⁴ Слично на Геобактер, Шеванела го користи дишењето на железото за метаболизам. Горби се сомнева дека многу - скоро сите микроорганизми - се во состојба да формираат спроводливи протеински нишки. Тој верува дека мрежите што ги поврзуваат микроорганизмите преку границите на видовите можат да играат централна улога во многу процеси: од циклуси на материјали во почви до болести предизвикани од бактерии. Тој исто така верува дека е можно микробите да „комуницираат“ преку мрежи направени од наножици и да разменуваат информации на сличен начин како нервните мрежи.

Нова област на истражување

Горби и неговиот тим во моментов се обидуваат да го карактеризираат „спроводникот“ на бактериите - гените кои се претпоставува дека се неопходни за спроводливоста на пили. Горби сака да му помогне на новото истражувачко поле на електро-микробиологија да се пробие. Ловли, сепак, ги доведува во прашање идеите на Горби. Тој инсистира на тоа дека електрично спроводливите пили досега биле откриени само за Geobacter и ја отфрла објавената работа за наножиците во Шеванела. Дури и Jimим Фредриксон, тогашен шеф на одговорната истражувачка група, во меѓувреме се оддалечи од резултатите на Шеванела, тврди Ловли.

Фредриксон енергично му се спротивставува на ова: „Јас не отстапував од нашите резултати во тоа време. Го доведувам во прашање толкувањето, ова се две сосема различни работи “. Доказите за електричната спроводливост на материјалот не се доволни за да се заклучи дека има микробен трансфер на електрони. Друг претходно непознат механизам може да предизвика спроводливост.

Има многу движење на ова контроверзно поле за истражување; малку се чини сигурно или невозможно досега. Во секој случај, разбирањето на спроводливоста на електрична енергија кај бактериите не треба да служи само за проширување на академската кула од слонова коска, Горби и Ловли се согласуваат за ова. За употреба во биопречистување, во иднина може да се користи производство на електрична енергија од микроби што јадат метан и развој на биоелектронски компоненти, т.е. сензори или уреди за медицинска анализа кои користат наножици направени од бактерии.

1 Nature 435, 1098-1101 (2005); 2 PNAS 108: 15248-15252 (2011); 3 Нанотехнологија на природата 6: 573-579 (2011); N PNAS 103, 11358–11363 (2006).