06.09.2012

Как бактерии работают с источниками ионизирующего излучения

Для безопасного восстановления радиоактивного урана бактерия использует белковые «электрические провода» (пили), позволяющие ей удалённо контактировать с опасным веществом, пишет Nature News.

Некоторые бактерии, реализуя свои энергетические потребности, проводят реакцию восстановления неорганического субстрата, или, проще говоря, «сливают» образовавшийся при получении энергии электрон на атомы металла, которые они находят в окружающей среде. К таким видам относится бактерия Geobacter sulfurreducens, замечательная тем, что восстанавливает уран. Металл, над которым поработала бактерия, в результате становится менее растворимым. Малорастворимая форма урана хуже распространяется, а следовательно, представляет для окружающей среды меньшую опасность.

Исследователи из Мичиганского университета (США) попытались выяснить детали этого замечательного процесса. По их предположению, ключевую роль нём играют пили — особые волосовидные белковые выросты на поверхности бактериальных клеток. Пили образуются множеством бактерий; их несколько видов; функции пилей весьма разнообразны и до сих пор не вполне изучены. В данном случае трудность состояла в том, что Geobacter sulfurreducens образует пили только в определённых условиях, и задачей исследователей было заставить бактерию «отрастить» пили по их желанию. Проблему удалось решить, понизив температуру инкубации бактерий: в неидеальных условиях содержания G. sulfurreducens были более склонны образовывать выросты на поверхности клеток.

Оказалось, что пили действительно играют ключевую роль в процессе восстановления урана. Без них реакция происходит под клеточной стенкой, и такой тесный контакт с радиоактивным ураном не идёт на пользу бактериальной клетке. Пили дают возможность осуществлять химическую реакцию на приличном расстоянии, и образующийся нерастворимый уран не отравляет бактерии жизнь. Кроме того, пили увеличивали реакционную поверхность и позволяли перерабатывать больше урана. Отчёт об этом исследовании отправлен для публикации в журнал PNAS.

В сущности, в своих экспериментах исследователи исходили из недавнего открытия, касающегося этой же бактерии и её выростов-пилей. Ранее было показано, что пили G. sulfurreducens в буквальном смысле проводят электрический ток — транспортируют наружу электроны, образующиеся внутри клетки в результате метаболических реакций. Электроны выводятся за пределы бактерии на какой-нибудь внешний субстрат; иными словами, пили можно сравнить с канализационной трубой для «электрических помоев». И вот среди таких субстратов, на которые выливаются лишние электроны, оказался уран.

Безусловно, открытие имеет большое значение для экологии. Хотя малорастворимый уран, получающийся в результате бактериальной деятельности, и не теряет в радиоактивности, но всё-таки его мобильность сильно снижается. Однако исследователи сомневаются, что в природоохранную деятельность удастся «запрячь» саму бактерию. Для этого нужно, чтобы G. sulfurreducens хорошо и интенсивно росла тогда и там, где это необходимо, да только вряд ли можно добиться от бактерии такой пластичности. Более плодотворным будет перенять бактериальную технологию, сделать по образцу и подобию «электропилей» какие-нибудь наноструктуры, которые займутся ликвидацией радиоактивных загрязнений.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. science.compulenta.ru