29.03.2018
Редакция Naked Science

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.
4 часа назад
Ольга Иванова

Ученые разработали анкету, которая поможет определить степень психопатии у домашних кошек. Тест можно пройти онлайн.

Вчера, 14:13
Алиса Гаджиева

Мужчину и женщину похоронили 2500 лет назад и снабдили средством для разговора с Осирисом, необходимыми внутренними органами и большим числом слуг.

Вчера, 15:32
Ольга Иванова

Это касается не только жизни на Земле, но и, как предполагают исследователи из Франции и Великобритании, на других планетах.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

5 декабря
Василий Парфенов

Вопрос активности венерианских вулканов занимает планетологов давно. Если они до сих пор извергаются или делали это недавно по геологическим меркам, то недра второй планеты от Солнца по-прежнему активны. Однако получить достоверные данные подтверждающие или опровергающие активность вулканов на Венере до сих пор не получалось. Зато недавно ученые получили еще одно пусть и косвенное, но вполне надежное свидетельство «бурной жизни» геологических формирований на «сестре Земли».

3 декабря
Алиса Гаджиева

У погибшего почти 70 миллионов лет назад хищника была трудная жизнь: помимо обычного набора проблем, таких как схватки с сородичами, он страдал от зубной боли.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: