Здесь рождаются новости.

Ученые: поглощающие электричество микробы используют электроны для фиксации углекислого газа

В новом исследовании, проведенном специалистами Университета Вашингтон в Сент-Луисе, были тщательно изучены клеточные процессы, позволяющие любящему с

В новом исследовании, проведенном специалистами Университета Вашингтон в Сент-Луисе, были тщательно изучены клеточные процессы, позволяющие любящему свет микробу «съедать» электричество, а затем переносить электроны для фиксации углекислого газа, чтобы питать свой рост.

Команда Вашингтонского университета во главе с Арпитой Бозе, доцентом биологии в области искусств и наук, и Майклом Гусманом, кандидатом наук, показала, как естественный штамм Rhodopseudomonas palustris поглощает электроны из проводящих веществ, таких как оксиды металлов или ржавчина. Данная работа была опубликована в журнале Nature Communications.

Исследование основано на предыдущем открытии Бозе, согласно которому R. palustris TIE-1 может поглощать электроны от заменителей ржавчины – этот процесс называется внеклеточным поглощением электронов. R. palustris является фототрофным организмом, то есть он использует энергию света для осуществления определенных метаболических процессов. Новая работа показывает клеточные стоки, в которые этот микроб сбрасывает ранее поглощенные электроны.

«Нам удалось впервые наглядно показать, как этот процесс, позволяющий организму питаться электричеством, связан с фиксацией углекислого газа», – отметила Бозе, сотрудница Packard, изучающая метаболизм микробов и его влияние на биогеохимический цикл.

Знания об этой механике могут помочь другим исследователям, изучающим возможности по использованию естественной способности микроба накапливать энергию или иные применения биоэнергии. Этот потенциал привлек внимание Министерства энергетики и Министерства обороны США.

«Штаммы R. palustris можно найти в диких и экзотических местах, таких как ржавый мост в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, где впервые был обнаружен TIE-1», – отметила Бозе. «В действительности вы можете отыскать эти организмы повсюду. Это говорит о том, что внеклеточное поглощение электронов может оказаться очень распространенным явлением».

Гусман добавил: «Основная проблема заключается в том, что это анаэробный микроб, поэтому вам нужно выращивать его в среде, в которой нет кислорода, чтобы он мог эффективно собирать световую энергию. Но с другой стороны этот организм крайне универсален и имеет свойства, которых нет у многих других микроорганизмов».

В своей новой статье исследователи показали, что электроны попадают в мембранные белки, которые важны для фотосинтеза. Удивительно, но когда они удалили способность микроба фиксировать углекислый газ, они заметили, что его способность потреблять электроэнергию упала на 90 процентов.

«Он действительно фиксирует углекислый газ с помощью этой системы», – добавила Бозе. «Если вы заберете у него эту врожденную способность, то он попросту перестанет поглощать электроны».

Она сообщила, что эта реакция в чем-то похожа на электрический аккумулятор.

«Микроб использует электричество для зарядки своего окислительно-восстановительного бассейна, накапливая электроны и повышая его восстановление», – сообщила Бозе. «Чтобы разрядить его, клетка снижает количество углекислого газа. Энергия для всего этого поступает от солнечного света. Весь процесс повторяется, позволяя клетке вырабатывать биомолекулы, используя лишь электричество, углекислый газ и солнечный свет».

Команда Университета Вашингтона преодолела ряд технических препятствий, чтобы завершить это исследование. Марк Мичем из Инженерной школы Маккелви помог разработать и изготовить микрофлюидные устройства, которые позволили ученым отследить процессы, происходившие в клетках, когда бактерии питались от источников электричества. Команда также опиралась на поддержку со стороны сотрудников кафедры наук о планетах и Земли, которые помогли Бозе и Гусману использовать вторичную ионную масс-спектрометрию, чтобы определить, как микроб использует диоксид углерода.

Новое исследование отвечает на вопросы фундаментальной науки и предоставляет множество возможностей для будущих применений биоэнергии.

«В течение долгого времени люди знали, что микробы могут взаимодействовать с аналогами электродов в окружающей среде, то есть с заряженными минералами», – отметил Гусман. «Но никто по-настоящему не проверял, как этот процесс реализован у фотоавтотрофов, которые фиксируют свой собственный углерод и используют свет для производства энергии. Это исследование заполняет пробел в этой области».

Лаборатория Бозе работает над использованием этих микробов для производства биопластика и биотоплива.

«Мы надеемся, что способность сочетать электричество и свет для сокращения выбросов углекислого газа в будущем может быть использована для поиска устойчивых решений энергетического кризиса», – добавила Бозе.

Новости по теме:

  1. Ученые случайно выяснили о способности эспрессо подавлять редкое генетическое заболевание
  2. Совы могут «перенастраивать» внутренние часы для улучшения психического самочувствия
  3. Три мероприятия общественного здравоохранения могут спасти 94 миллиона человек от преждевременной смерти
  4. Производство альтернативного мяса называют потенциально прибыльным делом

Новости партнёров: