Біологи виявили, що бактерії з бразильських шахт навчилися перетворювати токсичні іони міді на стабільні атоми. Вчені припускають, що ці мікроорганізми допоможуть виробляти одноатомну мідь дешевшим і менш токсичним способом, і до того ж очищати навколишнє середовище від забруднення іонами міді. Робота опублікована в.
Мідь - важливий в науці і виробництві елемент: магнетичні, оптичні, протимікробні та каталітичні властивості роблять її привабливим матеріалом для виробництва фотоелектрохімічних осередків, сенсорів, сонячних батарей, чорнил і антимікробних покриттів. Дослідження показують, що деякі мікроорганізми можуть виробляти і накопичувати неорганічні наночастинки медіа.Деякі з робіт описують освіту в бактеріальних клітинах наночастинок міді розміром від 10 до 40 нанометрів. Однак у науковій літературі ще поки не задокументовані приклади появи в клітинах одноатомної міді, розмір частинок якої варіює від 170 до 179 пікометрів.
Водночас, застосування одноатомної міді в каталізі, енергетиці та легуванні (додаванні до сплав додаткових речовин, тій же міді) підвищує ефективність використання металу. Однак виробництво одноатомної міді все ще залишається важким завданням: це складний процес синтезу з використанням токсичних хімічних сполук. Альтернативні методи, наприклад облога з парової фази, розпилення і фемтосекундна лазерна абляція, також досить складні, а їх ефективність залишається невисокою.
Вчені з Університету Сан-Паулу і Х'юстонського університету виявили в шахтах Бразилії бактерію, яка може синтезувати і накопичувати окремі атоми міді. Здатність бактерії роду перетворювати іони міді на атомарну мідь спочатку помітили через зміну кольору живильного середовища з додаванням сульфату міді: за 48 годин середовище із зеленої перетворилося на червоне. Поява одноатомної міді підтвердилася за допомогою просвічуючої електронної мікроскопії з атомною роздільною здатністю: вдалося розглянути навіть окремі атоми. Радіус понад 75 відсотків частинок знаходився в діапазоні 1,89 0,19 ангстремів, що збігається з теоретичним розміром атомів міді (1,7-1,85 ангстремів) з поправкою на дозвіл мікроскопа (70 пікометрів). Вчені припустили, що частинки більшого розміру - атоми міді, які просто накладаються один на одного.
Дослідники вивчили розподіл елементів у бактеріальних клітинах за допомогою енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Мідь виявилася рівномірно розподілена в клітинах. Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія вказала на вміст у бактеріях атомарної міді Cu0, а не іонів Cu2 + або оксиду міді CuO.
Потім автори роботи вирішили з'ясувати, які білки дозволяють штаму. виробляти одноатомну мідь. Вчені порівняли склад білків, які синтезували бактерії, що ростуть в середовищі з сульфатом міді і без нього. Ті бактерії, які росли в присутності міді, експресували 145 білків, які не спостерігалися біля клітин у звичайному середовищі. Більшість (102) з цих протеїнів ставилися до шляхів первинного обміну речовин - дослідники припустили, що мідь негативно впливає на клітини і змушує бактерії виробляти більше енергії, щоб вижити в умовах металевого стресу. Ще 15 білків допомагали бактеріям протистояти стресу, і 3 - транспортувати мідь у клітини. Решта 11 білків якраз могли брати участь у процесі синтезу одноатомної міді. В основному це були редуктази, які, ймовірно, відновлювали сульфат, залишаючи токсичні іони Cu2 + в клітинах. Також в досліджуваних бактеріях виявили NADH-залежні бутанолдегідронази - можливо, саме вони і беруть участь безпосередньо в появі одноатомної міді в клітинах. Крім того, в цьому штамі сильно експресувався один білок з групи ферритинів. Раніше було показано, що білки цієї групи сприяють утворенню неорганічних частинок кобальту, нікелю, срібла, заліза та інших металів у клітинах. Автори роботи припустили, що ферритин у поєднанні з іншими білками, що експресуються в штамі, може бути безпосередньо пов'язаний з появою в клітинах одноатомної міді.
Дослідники вважають, що такі бактерії можуть стати хорошим способом виробляти одноатомну мідь у великих кількостях для застосувань в науці, технологіях і медицині, а також очищати навколишнє середовище від токсичних іонів міді.
Раніше вчені перевірили, хто з бактерій виявиться найкращим «шахтарем» в умовах космосу: найефективніше видобули метали з базальту бактерії. З усіх рідкоземельних металів цим бактеріям найкраще піддалися важкі - гадоліній і лютецій.