Бактерии очищают окружающую среду
Некоторые бактерии выделяют белки, чтобы защититься от потенциально токсичных наночастиц в своей среде. Этот механизм в будущем можно использовать для очистки окружающей среды в больших масштабах.
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли обнаружили, что бактерии из заброшенной шахты выделяют белки, вызывающие агрегацию металлических наночастиц. Таким образом бактерии связывают и иммобилизуют как сами металлы, так и потенциально токсичные для них наночастицы.
Сульфатвосстанавливающие бактерии могут вызывать осаждение тяжелых металлов, таких как цинк (Zn), с образованием наночастиц. Однако эти частицы (диаметром обычно 2–6 нанометров) способны свободно перемещаться и могут снова растворяться при изменении условий.
Исследование показало, что бактерии вызывают агрегацию наночастиц, защищая себя. Агрегированные металлические наночастицы менее подвижны и хуже растворяются.
С помощью вторичной ионной масс-спектрометрии, просвечивающей электронной микроскопии и инфракрасной спектроскопии ученые изучили, способствует ли белок образованию плотно агрегированных сферических наночастиц сульфида цинка, а также вызывают ли различные аминокислоты быструю агрегацию металл-сульфидных наночастиц. В обоих случаях ответ был положительным.
«Это демонстрирует неожиданный механизм внеклеточной биоминерализации, при котором бактерии выделяют белки для агрегации наночастиц вдали от клеток», — сказал Питер Вебер, один из авторов статьи, опубликованной 15 июня в журнале Science.
Исследователи обнаружили, что органический азот был высококонцентрирован во всех агрегатах сульфида цинка, что указывает на высокое содержание белка или полипептида по сравнению с неорганическими минералами сульфида цинка. Команда пришла к выводу, что именно белок вызывает агрегацию наночастиц сульфида цинка.
Эксперименты были сосредоточены на известных бактериальных металл-связывающих белках, которые связывают цинк и другие потенциально токсичные металлы в участках цистеина. Цистеин — это серосодержащая аминокислота, строительный блок белков.
Было установлено, что неорганическая агрегация сульфида цинка изначально происходила быстро, образуя агрегаты диаметром 100 нанометров, но затем замедлялась или прекращалась через неделю. Однако наночастицы сульфида цинка в присутствии цистеина демонстрировали более обширную и продолжительную агрегацию, накапливаясь в структуры размером 1–10 микрон (1/1000 миллиметра).
«Потенциально мы можем использовать цистеин или богатые цистеином полипептиды или белки для очистки от наночастиц», — отметил Вебер. — «Люди естественно задаются вопросами о потенциальном воздействии наночастиц на окружающую среду. Здесь мы видим, что естественно производимые наночастицы могут быть естественным образом контролируемы».