Исследован механизм «питания» бактерий электронами — Naked Science
29.03.2018
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, 17:42
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

Вчера, 18:00
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

7 часов назад
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: