Дневной архив: 14.06.2018

То, что бактерия Geobacter sulfurreducens владеет множеством удивительных качеств, известно достаточно давно.

Сейчас выяснилось, что она еще и ток ведет.

Бактерия с труднопроизносимым латинским наименованием Geobacter sulfurreducens владеет воистину эксклюзивными возможностями — североамериканские ученые нашли это еще двадцать лет тому назад. Выяснилось, что данный мельчайший организм, в первый раз изображенный в 1994 году, может считать в почве трудные сплавы, включая радиоактивные, исправлять их, да еще выполнять при этом электрическую энергию.

Команде экспертов возглавляемые Дереком Лавли (Derek Lovely), доктором Массачусетского института в Амхёрсте, и Барбарой Мете (Barby Meth?), доктором Факультета геномных исследовательских работ в Роквилле, штат Мэриленд, удалось тогда обнаружить генетический механизм, с помощью которого бактерия воспринимает отделы земли с большим содержанием трудных металлов и начинает двигаться в их сторону. Придя на место, бактерия выносит на ионы сплава электроны. Из-за этого процесса, называемого, как нам известно, восстановлением, растворимость сплава в воде, в большинстве случаев, понижается, он выпадает в остаток и вполне может быть без проблем удален. А в роли источника электронов бактерия применяет водород и ацетаты, другими словами соли уксусной кислоты.

Внезапная дееспособность фимбрий

Разумеется, бактерия следует в собственных действиях не заботой об охране атмосферы, а нуждою в энергии. Так что, это один знаменитый науке мельчайший организм, совмещающий оксидировка ацетатов либо водорода с восстановлением железа и ряда прочих металлов. От других представителей собственного рода, также способных реконструировать сплавы, Geobacter sulfurreducens различается, прежде всего, всеядностью, что дает возможность ей исправлять очень обширный круг металлов, а во-вторых, отличной отдачей в изготовлении энергии. Исследователи высчитали в геноме необыкновенного мельчайшего организма не менее 100 генов, кодирующих белки, в любом случае сопряженные с передвижкой электронов на сплавы. Попутно обнаружилось, что бактерия совсем не обязательно нуждается в бескислородной среде обитания, как казалось раньше: она прогоняет и в присутствии воздуха.

Но доктор Лавли на данном не утих и в скором времени сразил эксперт мир публикацией в издании Nature, в которой заявлял, что так именуемые фимбрии, либо тянули, другими словами короткие и узкие нитевидные выросты на плоскости микробной клетки, могут вести ток. Эти ворсинки, заключающиеся из белка и достигающие иногда в 20 раз большей ширины, чем сама бактерия, принимают участие в прикреплении клетки к субстрату и осуществляют ряд других функций, некоторые из которых еще не до конца исследованы, однако заявление, что они считаются проводником вроде железной проволоки, довольно обескуражило общество микробиологов.

Свежие факты, свежие подтверждения…

2 месяца назад доктор Лавли продемонстрировал данные свежих измерений, из которых следовало, что по электрофизическим свойствам фимбрии схожи с металлорганическими наноструктурами. Это известие также было воспринято с сомнением. Тем не менее, самого научного работника недоверие коллег не впечатлил: «Теория металлоподобной электропроводности хорошо известна экспертам, работающим с химическими элементами, однако в химическом источнике это явление найдено в первый раз. Здесь нужно куча веских доказательств, доказывающих верность наших представлений».

И вот сейчас доктор Лавли продемонстрировал в издании mBio эти подтверждения. И более того, он рекомендовал и разъяснение механизма, обеспечивающего настолько поразительные характеристики фимбрий. В базу публикации вошли итоги экспериментов, в процессе которых эксперт способами генной инженерии сделал в корпорации свежий штамм бактерии, различающийся от стандартного одной, однако очень значительной составной частью: ген, кодирующий скелетный белок, из которого заключаются фимбрии, был изменен с подобным расчетом, чтобы несколько аминокислот, имеющих ароматичное украшение, были замещены аминокислотами без такого кольца.

Внешний облик ворсинок от данного абсолютно не поменялся, а их электрофизические характеристики… Доктор Лавли объясняет: «Материаловеды прекрасно понимают, что металлоподобная проводимость в химических естественных элементах основывается на ароматичных объединениях. В белках вроде того, который формирует базу фимбрии, такими ароматичными объединениями могут быть лишь аминокислоты. Мы приняли решение исследовать нашу догадку, сменив 5 ароматичных аминокислот на самом конце протеиновой молекулы неароматическими аминокислотами. И на самом деле, это привело к потере электропроводности».

… и новая догадка

Так что, логично, что как раз благодаря ароматичным аминокислотам в составе белка, производящего фимбрию, данная микробная конструкция является чем-нибудь вроде химического нанопровода с металлоподобными качествами. Эксперт объясняет: «В биологии перевод электронов как правило проводится их переходом от одной молекулы к другой. Однако в металлоподобном вожатом электроны не сопряжены с некоторой молекулой. Это скорее всего скопление свободных электронов, которые способны двигаться в том либо другом направлении».

Как нам известно, ароматичное, либо бензольное украшение — это закрытая прямая конструкция из 6 атомов углерода с обхватывающим их целым электронным тучей. По словам доктора Лавли, крепкое размещение ароматичных аминокислот ведет к тому, что их кольца накладываются друг на дружку, электронные скопления в знакомой мере соединяются, и свободные электроны, как в кристальной сетке металлов, могут без проблем перемещаться на достаточно существенные отдаления. Сейчас эксперт собирается не менее подробно проанализировать данный процесс: «Мы можем лучше осознавать конструкцию фимбрий. Мы удостоверились в том, что ароматические аминокислоты играют значительную роль, однако мы определения не обладаем, где они располагаются и как распределены, чтобы снабдить электропроводность на всем течении фимбрии».

Наряду с данными — чисто базовыми — исследовательскими работами эксперт действует и над решением практических задач: колонии подобных бактерий, по всей видимости, сумеют найти применение в микробиологических топливных объектах.

Ресурс: Русская работа DW