Странная бактерия "переваривает" токсичные металлы в золотые "самородки"

Вид Cupriavidus metallidurans использует два особых фермента, которые "откачивают" токсичные металлы из клетки и препятствуют их накоплению.
Фото echnische Universität München.

Читайте нас в Telegram

Для большинства живых организмов высокие концентрации тяжёлых металлов (например, меди) являются опасными, а порой и смертельными. Но это не относится к необычной бактерии Cupriavidus metallidurans, которая не только "переваривает" токсичные элементы, но и оставляет после этого крошечные золотые "самородки".

Ещё несколько лет назад C. metallidurans начали подозревать в способности выделять золото из воды. Однако только сейчас немецкие и австралийские исследователи выяснили, как микроорганизмам удаётся проворачивать столь хитрый трюк (хотя речь в данном случае идёт не о воде, а о почве).

Сначала микробиологи заметили, что интересующие их бактерии освоили особую нишу: они обитают преимущественно в почвах, богатых многочисленными тяжёлыми металлами и особенно медью. Токсичные элементы C. metallidurans не пугают: те развили механизм защиты, который помогает им не только выживать, но и процветать там, где обычная жизнь увядает.

"Помимо токсичных тяжёлых металлов, условия жизни в этих почвах неплохие. Есть достаточно водорода для сохранения энергии и почти нет конкуренции. Если организм хочет выжить здесь, он должен найти способ защитить себя от этих токсичных веществ", — объясняет соавтор исследования профессор Дитрих Нис (Dietrich Nies) из Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера.

Исследователи выяснили, что медь и золото попадают в микроорганизмы одним и тем же способом. Когда бактерии начинают поглощать их, происходит ряд химических процессов. Так, на внешней стороне мембраны соединения меди преобразуются из одной формы (трудно поглощаемой) в другую, более подходящую для "импорта" в организм.

И то же самое происходит с золотом. Причём его натуральная форма, которую поглощают бактерии из окружающей среды, сама по себе довольно токсична, а, смешиваясь с медью, золото становится ещё более опасным. Поэтому микроорганизмам пришлось развить ещё и эффективный механизм очистки. Когда внутри бактерий накапливается слишком много меди, она обычно "откачивается" благодаря ферменту CupA.

Всё бы ничего, однако золото подавляет действие этого фермента, рассказывает Нис. Получается, что золото вместе с невыведенной медью остаётся в организме, а такой токсичный коктейль бактериям не нужен.

Поэтому они активируют для очистки ещё один фермент – CopA. Он превращает соединения меди и золота в их изначальные трудно поглощаемые формы (неспособные проникать сквозь клеточные мембраны). Поступление металлов в клетку прекращается, а бактерия тем временем избавляется от ядовитых излишков.

Любопытно, что все эти сложные махинации имеют побочный эффект: на внешней стороне клеточных стенок образуются крупицы золота размером в несколько нанометров. Эти частицы безвредны для бактерий.

Таким образом, C. metallidurans играет ключевую роль в формировании так называемого вторичного золота, которое возникает после распада первичных, созданных природой золотых руд. Микроорганизмы превращают токсичное золото, образующееся в процессе выветривания, в безвредные частицы, тем самым создавая крошечные "самородки", заключают авторы.

Кстати, они отмечают, что сложный бактериальный механизм "переваривания" — это лишь вторая половина биогеохимического цикла получения вторичного золота. Теперь исследователи намерены изучить, что же происходит перед этим – каким образом металл извлекается из руды и трансформируется в токсичные соединения (тут тоже явно не обходится без бактерий, уверены учёные).

Как только они восстановят весь этот цикл, добывать драгметалл можно будет даже из руд, которые не очень-то им богаты. При этом не нужно будет использовать опасную амальгамацию – растворять руду в токсичной ртути.

Более подробно о золотоносных бактериях рассказывается в статье, опубликованной в специализированном научном издании Metallomics.

Добавим, что ранее была открыта ещё одна необычная голодная бактерия, которая оказывает услугу экологам, пожирая пластиковые отходы.

Сегодня