Бактерии-микроминеры: как микробы добывают металлы
Некоторые виды водных бактерий поглощают растворённое железо из окружающей среды и запасают его в специализированных компартментах — магнетосомах. Они используют магнитные свойства железа для навигации, подобно древним мореплавателям с компасом.
Эти бактерии обитают у дна водоёмов, где уровень кислорода самый низкий. Используя свой запас железа, они мигрируют вниз, словно двигаясь по рельсам магнитного поля Земли.
Профессор Араш Комайли исследует, что контролирует и поддерживает эту уникальную черту микробов. Недавнее открытие может привести к новым способам извлечения металлов для коммерции или очистки окружающей среды.
История изучения и механизм
- Бактерии, формирующие магнетосомы, были открыты в середине 1960-х годов.
- В процессе задействовано 20–30 генов, отвечающих за транспорт железа, его превращение в магнетит (Fe3O4) и хранение внутри мембран магнетосом.
- Каждая магнетосома формирует цепочку из до 20 кристаллов магнетита, которая действует как стрелка компаса, ориентируя бактерию в геомагнитных полях.
- На сегодня идентифицировано около 30 видов бактерий, содержащих магнетосомы.
Неожиданное открытие: ферросомы
Изначально исследователи изучали только магнитотактические бактерии. Однако недавно в некоторых из них был обнаружен второй тип железосодержащих компартментов — ферросомы.
- Ключевое отличие: железо в ферросомах не превращается в магнетит и не обладает магнитными свойствами. Его запасание, вероятно, является адаптацией для предотвращения дефицита железа.
- Открытие: эксперимент с введением растворённого железа в бактерии показал, что оно накапливается не в магнетосомах, а в этих новых структурах.
- Простота системы: в транспорте и хранении железа в ферросомах задействовано всего 3–6 генов, что делает эту систему гораздо проще, чем система магнетосом.
Перспективы применения
Финансирование программы Bakar Fellows будет направлено на изучение белков-транспортёров, доставляющих металлы в ферросомы. Простота генетической системы ферросом открывает возможности для манипуляций.
Потенциальные применения:
- Биодобыча: можно модифицировать гены транспорта металлов в ферросомах, чтобы бактерии начали накапливать другие ценные металлы, такие как золото, медь или марганец.
- Магнитное извлечение: поскольку модифицированные бактерии будут одновременно содержать и ферросомы с целевым металлом, и магнитные магнетосомы, накопленный металл можно будет извлекать с помощью магнитов.
- Биоремедиация: эта технология может быть использована для очистки загрязнённой воды от токсичных металлов.
Генетический контроль над системой может создать универсальный «plug and play» метод для извлечения конкретных металлов. Для реализации этой идеи необходимы дальнейшие лабораторные исследования.