Исследован механизм «питания» бактерий электронами — Naked Science
6 минут
Редакция

Исследован механизм «питания» бактерий электронами

Ученые исследовали механизм получения энергии бактериями, которые «дышат» электронами — для этого они используют «нанопровода».

29_elektrobakteriya
©Wikipedia

Ученый М. Эль-Наггар (Университет Южной Калифорнии, США) и его группа, исследуя метаболизм бактерий вида Shewanella oneidensis, обнаружили механизм, благодаря которому они могут «питаться» электричеством.

 

Большинство живых организмов можно отнести к двум классам. Хемотрофы получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций (очень редко иных) с органическими или неорганическими веществами, а фототрофы для этого используют свет. Однако существуют микроорганизмы, которые способны поглощать электроны напрямую, — электролитоавтотрофы. Так, их обнаружили в жерлах глубоководных гидротермальных источников — «черных курильщиков». 

 

Эль-Наггар и его коллеги работали с бактерией Shewanella oneidensis, открытой около 30 лет назад Кеннетом Нилсоном. Лишь спустя столько времени стал понятен механизм получения электроэнергии.

 

«Микробы — это высокоразвитые машины, — образно выразился Эль-Наггар. —  <…> Это класс [существ], который действительно хорош в преобразовании энергии и взаимодействии с абиотическим миром».

 

Исследуемая бактерия, как и многие другие, имеет ворсинки, также называемые фимбриями или пилусом. Эти поверхностные структуры есть у многих бактерий — белковые цилиндры длиной до 1,5 микрометра и диаметром семь-десять нанометров. Они различаются по строению и предназначению, у одной бактерии может быть сразу несколько типов ворсинок, а у некоторых бактерий их значение не выявлено. Однако все они так или иначе связаны с прикреплением бактерии к внешним объектам.

 

Исследователи применили метод электронной криотомографии: бактерии мгновенно замораживали, что позволяло сохранять их естественное состояние, а затем проводили трехмерную томографию. Фимбрии Shewanella oneidensis оказались не простыми трубками для крепления — они включали цепочку мембранных шариков, нанизанных друг на друга. Ворсинки являлись продолжением клеточной мембраны в такой специфической форме. Ученые назвали их «нанопроволоками»: наличие цитохромов, железосодержащих белков, позволяет переносить электроны между бактерией и внешней поверхностью. На рисунке изображен такой «нанопровод», а транспортирующие электроны белки обозначены красным и зеленым цветами.

 

Изображение «нанопровода» / © Университет Южной Калифорнии

 

Транспортные белки в мембране расположены на расстоянии до 30 нанометров друг от друга — это много для переноса электрона. Таким образом, только близкорасположенные белки могут передавать электрон друг другу. Исследователи предположили, что внутри мембранных пузырьков находятся протеины, столкновения с которыми помогают носителям заряда приближаться на нужное расстояние. Проверка этой гипотезы заявлена как следующий шаг исследования.

 

Эль-Наггар буквально в восторге от перспектив: «…Мы могли бы разработать новые машины, где живые клетки функционируют как часть гибридной биотически-абиотической системы».

 

Открытие полезно и для разработки микробиологических топливных элементов, которые генерируют электричество, и для очистки сточных вод. Сейчас широко изучается тема использования бактерий для различных ранее исключительно технологических процессов. Например, некоторые бактерии могут вырабатывать водород, а другое — добывать золото из руды.

 

С научной же точки зрения важна сама возможность жизни, основанной на таком нестандартном для Земли принципе.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 11:24
2 минуты
Илья Ведмеденко

Шестнадцатого мая, в 01:58 (мск), должен состояться запуск ракеты-носителя Falcon 9 Block 5 с новой партией спутников системы Starlink. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

6 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Блокирование рецептора, который помогает сохранять энергию в условиях голода, назвали ключом к более безопасным профилактике и лечению ожирения, вызванного неправильным образом жизни.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: