Жизненно важное взаимодействие микроорганизмов и внеклеточных минералов
Некоторые минералы, широко распространенные в почвах, водных и подземных осадках, могут электронно поддерживать рост микробов, поставляя электроны или накапливая их как «экологические батареи». Микробные клетки получают химическую энергию от металлов в составе минералов вне клеточной стенки, но часто их оболочка физически непроницаема для минералов или не является электропроводной.
Из-за этих барьеров некоторые микроорганизмы эволюционировали стратегии для обмена электронами с внеклеточными минералами. К ним относятся:
- Белковые пути: редокс- и структурные белки, формирующие протяженные пути переноса электронов.
- Микробные нанопровода: проводящие бактериальные выросты, закрепленные в клеточной оболочке.
- «Кабельные бактерии»: нитчатые бактерии с ребристой структурой.
Биотехнологический потенциал
Микроорганизмы со способностью к внеклеточному переносу электронов имеют потенциал для экологически устойчивых биотехнологий:
- Биоремедиация: деградация загрязнителей в почвах, осадках и грунтовых водах.
- Биодобыча: извлечение элементов (золото, медь) из бедных руд как менее загрязняющая и более энергоэффективная альтернатива традиционным методам.
- Перспективные направления: катализ, производство полупроводников, микробные топливные элементы, лечение рака, производство биотоплива и наноматериалов.
Достижения последнего десятилетия
В обзоре обобщены значительные успехи в понимании механизмов:
- Молекулярная идентификация и характеристика путей переноса электронов у четырех модельных микроорганизмов.
- Открытие реакций переноса электронов на расстоянии в сантиметры (огромная дистанция в микробном мире).
- Предположение о двунаправленности электронных путей.
- Прямой перенос электронов между клетками (включая разные виды) через нанопровода или «кабельные бактерии».
- Роль минералов как электрических проводников или накопителей («батарей»).
Пробелы в знаниях
Авторы отмечают ключевые нерешенные вопросы:
- Механизмы внутреннего (в клетку) переноса электронов.
- Определение атомной структуры активных белков.
- Принцип работы микробных нанопроводов и «кабельных бактерий».