Autor: Ljubica Šaran

Matrix World

Do sada je bilo poznato kako određene vrste bakterija dolaze do energije na najčudnije moguće načine, od sumpornih spojeva u vulkanskim jezerima do vruće morske vode i otrovnih spojeva oko „crnih pušača“ na nekoliko kilometara dubine oceana, znanstvenici su izolirali čak i bakterije koje stvaraju zlato, no najnovija studija koja je pokazala kako se neki mikrobi mogu hraniti elektronima iz okoliša je zbunila većinu znanstvene zajednice.

Najnovija studija

U studiji pod nazivom „Electron uptake by iron-oxidizing phototropic bacteria“ koju je objavio znanstveni žurnal Nature Communications, objavio je rezultate istraživanja tima s Univerziteta Harvard, kojeg je vodi prof. dr. Peter Girgius.

Profesor biologije i biokemije na Harvardu zaljubljenik je u oceane, ali je njegov nedavni rad napravio pomak u našem poimanju metabolizma bakterija.

Rhodopseudomonas palustris su gram negativne bakterije koje su do sada nisu poznate po mogućnosti „hranjenja“ uz pomoć četiri različite vrste metabolizma točnije da se mogu održavati fotoautotrofno, fotoheterotrofno, kemoautotrofno i kemoheterotrofno. Zbog ove metaboličke fleksibilnosti R. palustris je bila i ostala znanstvena zagonetka koju je trebalo odgonetnuti.

Četiri različite vrste metabolizma u jednoj bakteriji – Rhodopseudomonas palustris.

Harvardski tim se koncentrirao na njene fototropske karakteristike kako bi dobili barem neke odgovore o tome kako je moguća takva metabolitička prilagodljivost unutar relativno jednostavnog organizma.

Elektron i električna struja

Elektron je negativni nabijena subatomska čestica, oni se nalaze u takozvanom elektronskom omotaču atoma, dok je jezgra atoma rezervirana za protone i neutrone. Električna struja je tijek električnog naboja, točnije usmjereno gibanje njegovih nositelja, struja teče kroz metale, elektrolite, plinove i poluvodiče, a nositelji naboja u metalima su slobodni elektroni, u elektrolitima su to pozitivni i negativni ioni, u plinovima ioni i elektroni, dok su u poluvodičima za prijenos i tijek električne energije zaslužni elektroni i „šupljine.“

Metali koji obiluju slobodnim elektronima su dobri vodiči, a najpoznatiji od njih su srebro, bakar i zlato. Slobodni elektroni su oni elektroni koji nisu u atomu, na primjer bakar ima omjer slobodnih i neslobodnih elektrona u bakru je jedan naprama jedan, što ga čini odličnim električnim vodičem.

Čudnovata bakterija

Elektroni se razmjenjuju u gotovo svim živim organizmima kroz oksidacijsku redukciju, no R. palustris je otkrila trik o kojemu znanstvenici do sada nisu znali ništa. Naime ova bakterija je u stanju uzeti elektrone iz tvrde materije dok većina ostalih živih bića na planeti razmjenjuje elektrone kroz otopine. Rhodopseudomonas palustris je uspjela stvoriti sustav izvanstaničnog transfera elektrona u celularne procese s kojima se metabolira.

Nakupine bakterije Rhodopseudomonas palustris, snimljene elektronskim mikroskopom.

Iako ove čudnovate bakterije uglavnom uzimaju elektrone iz željeza, Girgius i njegov tim je uspio otkriti kako im čak ni metali provodnici nisu bili potrebni za ekstrakciju elektrona jer je njihov metabolizma bio potpuno drugačiji od bilo čega do sada izučavanoga.

Naime bakterije R. palustris koje su se našle direktno u doticaju s elektrodom su uzimale elektrone i automatski ih pretvarale u energiju uz pomoć ugljičnog dioksida kojeg su koristile kao hvataljke za elektrone. Dodatni eksperimenti su pokazali kako je određeni gen u bakteriji odgovoran za većinu procesa hvatanja i metaboličkog iskorištavanja elektrona. Bez ovog gena bakterije su gubile 66% mogućnosti hvatanja elektrona i njihova pretvaranja u stanično „gorivo.“

Izgled najčudnije bakterije na svijetu. Je li R. palustris TIE-1 jedina bakterija koja voli “papati” elektricitet?

RuBisCo je protein koji pretvara ugljični dioksid u bogate energetske nutrijente koji su potrebni ovoj malenoj bakteriji, no gen koji stvara ovaj protein se aktivira sunčevom svjetlošću, tada su bakterije u stanju uhvatiti puno više elektrona iz neposredne okoline nego li inače.

Znanstvenike je iznenadilo da bakterija na sunčevoj svjetlosti uspijeva spojiti gotovo nespojive varijacije metabolizma, dok se „sunča“ skuplja i elektrone iz sedimenta ispod nje i tako na dupli način napaja svoje „baterije.“

Nakon otkrića čudnovatog metabolizma bakterije R. palustris, počelo se špekulirati o eventualnom stvaranju bio baterije u kojoj će ova bakterija imati glavnu ulogu. Girgius nije siguran je li moguće ostvariti bio bateriju na ovom principu, no smatra da bi R. palustris mogla imati značajnu ulogu u farmaceutskoj industriji.

Izvori:

Wiki – Rhodopseudomonas palustris

Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria

Scientists Reveal How Microbe ‘Eats’ Electricity