Биофизики из США исследуют микробов, которые питаются электрическим током. Они научились выращивать их на электродах в лаборатории. Сообщает журнал Quanta.
Электрические микробы открыл в 1980-х Кеннет Нельсон (Kenneth Nealson), геолог из Университета Южной Калифорнии. Питающиеся электричеством микробы принадлежат к редким группам, изучение которых только начинается. Микробы обитают в горячих подводных источниках, в фумаролах, расположенных глубоко под землей, в океанских осадках. Эти микробы трудно вырастить в лаборатории, так как сложно воссоздать условия их обитания.
Способ их питания оставался загадкой. Ведь жировые мембраны, в которые заключена клетка, создают электрически нейтральную зону. Считалось, что этот барьер электроны не могут преодолеть. Только в 2006 году ученые выяснили молекулярный механизм, лежащий в основе питания электричеством — три специализированных белка в клеточной мембране формируют проводящий мост, который переносит электроны за пределы клетки.
Биофизик Мох Эль-Наггар (Moh El-Naggar) и его студентка Яамини Янгар (Yamini Jangir) из Университета Южной Калифорнии в США проводят исследования в горах Блэк Хиллз в штате Южная Дакота (США), в старом золотом руднике.
Ученые выясняют могут ли микробы делать наоборот — затягивать электроны в клетку извне? Чтобы это выяснить, они начали изучать группу метаногенов — микробов-архей, которые вырабатывают газ метан и едят металлы, но не всегда напрямую.
В прошлом году Альфред Спорманн (Alfred Spormann), микробиолог из Стенфордского Университета с коллегами добился того, что матеногены выживали на электродах в лаборатории, не питаясь свободными электронами.
Ученые из Стенфордского университета (США) выяснили, как микробы-метанопродуценты используют электричество и диоксид углерода для синтеза метана. Они первые объяснили, как электроны попадают от электрода к клеткам микроба. Эта работа поможет ученым разработать микробные фабрики, которые производят метан. Результаты опубликованы в журналеm Bio, а ее популярную версию излагает Phys.org.
Метанопродуценты — это одноклеточные организмы, напоминающие бактерий, но принадлежащие генетически отдаленному домену архей. Они живут в осадках, разном растительном мусоре, питаются диоксидом углерода и электронами, а выделяют метан. В природе метанопродуценты берут электроны из водорода и других молекул, которые образуются во время разложения органических материалов или бактериальной ферментации. Можно ли использовать этот механизм в лаборатории и промышленности, а именно в микробных фабриках?
Чтобы выяснить это, ученые под руководством ведущего автора статьи Йорга Дойцманна (Jörg Deutzmann) поставили ряд опытов и использовали для этого метанопродуценты Methanococcus maripaludis. Культуру этих микробов вырастили в колбах, оснащенных графитовыми электродами — поставщиками электронов. Микробов кормили диоксидом углерода. Как и ожидалось, они выделяли метан, но также оказалось, что микробы производят и водород. Возможно, электроны от молекул водорода как-то передаются микробам?
Чтобы проверить это, ученые вырастили микробов-мутантов, у которых убрали шесть генов, чтобы лишить их способности производить фермент гидрогеназу. Без гидрогиназы микробы не могут вырабатывать водород. Такие мутированные микробы сократили производство метана в 10 раз. Таким образом, удалось доказать, что ферменты переносят электроны к микробам.
Ученые надеются, что новый подход — выращивание микробов на электродах — позволит изучать ранее неизученные группы микробов, которые ранее невозможно было культивировать. В поисках объектов для исследования Аннетт Рове (Annette Rowe), коллега Эль-Наггара, раздобыла питающихся электричеством и металлами микробов на морском дне у острова Каталина, рядом с берегом Южной Калифорнии.
Эта группа микробов относится к литоафтотрофам — поедателям камней, которые черпают энергию из неорганических соединений, таких как железо, сера и магний. При некоторых условиях эти микробы могут жить, питаясь только электричеством. Публикация об этом опыте вышла в прошлом году.