اكتشف العلماء UMass نقل الكترون بين الأنواع في الكائنات الدقيقة

Published on December 3, 2010 at 5:22 AM

جامعة ماساتشوستس في امهرست Lovley ديريك الأحياء المجهرية ، وسومرز وزملاؤه في تقرير Zarath في العدد 2 ديسمبر للعلوم انهم اكتشفوا سلوك تعاونية جديدة في البكتيريا اللاهوائية ، والمعروفة باسم نقل الإلكترون بين الأنواع ، يمكن أن يكون لها آثار هامة بالنسبة لدورة الكربون العالمية و الطاقة الحيوية.

ووجد العلماء أن الكائنات الدقيقة من الأنواع المختلفة ، في هذه الحالة نوعين Geobacter ، يمكن أن تشكل التوصيلات الكهربائية المباشرة وتمرير تيار كهربائي من جرثومة إلى أخرى. من خلال التعاون في هذا السبيل يمكن للميكروبات two تستهلك المواد الغذائية التي لم يستطع أي منهما يمكن أن تستخدم من تلقاء نفسها.

المجاميع الخلية أو "كرات كبيرة للتطور" التي تطورت سامرز في المختبر ننظر بكثير جدا مثل تلك التي وجدت في الطبيعة التي تشارك في المواد العضوية المهينة في الغازات المسببة للاحتباس الحراري ، وثاني أكسيد الكربون والميثان. تحويل النفايات إلى غاز الميثان بواسطة المجاميع الميكروبية وسيلة شعبية متزايدة لإنتاج الغاز الطبيعي كمصدر للطاقة المتجددة.

يمكن العثور على غاز الميثان الآخرين المستهلكة من فتحات في قاع المحيط. في كلتا الحالتين ، كانت في حيرة المحققين لسنوات حول كيفية وظيفة هذه المجاميع ، وذلك لأن 40 عاما بين الأنواع نموذج نقل الهيدروجين لا تبدو متناسبة مع الملاحظات. الآن ، يبدو أن الغموض لا يمكن حلها.

كما Lovley ، وinvestestigator الرئيسية ، ويوضح : "وضعنا لهذه الميكروبات في ظل ظروف التي كان عليهم أن يعملوا معا من أجل البقاء والنمو باستخدام الكحول اعطيناهم كمصدر للطاقة. إنهم رفاقا الشرب في نهاية المطاف ، إلى التعاون تستهلك الايثانول. " بدعم من برنامج علوم الجينوم وزارة الطاقة الأميركية ، فقد تم مختبره استغلال قدرة الكائنات المجهرية على التكيف مع الظروف الجديدة والميكروبات النامية للتطبيقات العملية.

وكان من المعروف منذ 1960s أن الكائنات الدقيقة يمكن تبادل غير مباشر عن طريق الالكترونات العملية المعروفة باسم تحويل بين الأنواع الهيدروجين. فيه واحد الميكروب تنتج الهيدروجين التي تستهلك ثم ميكروب آخر. كانت التجارب carrried بها سمرز مرشح الدكتوراه لاستكشاف المزيد من هذه الظاهرة التي أدت إلى اكتشاف عملية التحويل المباشر الجديدة.

لتبدأ ، وضع سامرز نوعين من Geobacter معا في ظل ظروف من المتوقع أن الهيدروجين لصالح تقاسم التفاعلات. في البداية ، لم تتعاون على الخلايا تستهلك الكحول عن طريق تبادل الهيدروجين. بمرور الوقت ، فإنها بدأت أيضا التثاقل معا ، وتحويل الثقافة من واحد من الخلايا المجهرية مشتتة ، غير مرئية للعين المجردة ، إلى مجموعة من الهياكل متعددة الخلايا المعقدة ، ملليمتر في القطر.

تقاوم إلحاح زملائه في مختبر لها "لزعزعة الثقافات وتفتيت كتل الخلايا غير متوقعة ، واصلت سمرز للسماح للمجالات للنمو. الآن كانوا اظهار لون أحمر عميق بسبب وجود الحديد المحتوية على البروتينات المعروفة باسم cytochromes. وعندما لاحظ مع المجهر الإلكتروني ، أنها وضعت بشكل واضح على بنية معقدة من خلال سلسلة من القنوات ، ويفترض أن تساعد العناصر الغذائية بالدخول. كما أنشأت أيضا التوصيلات الكهربائية الجديدة كليا التي سمحت لهم حصة مباشرة الإلكترونات.

"ونقل الإلكترون المباشر هو أكثر كفاءة وأنها تستهلك الكحول بشكل أسرع بهذه الطريقة" ، يشير سامرز. تسلسل الحمض النووي في الكرات الحمراء الكبيرة وكشف سر هذا الربط الكهربائي : طفرة في واحدة من الأنواع قد تسبب Geobacter لجعل الكثير من السيتوكروم المعروف OmcS. وكانت دراسات سابقة في المختبر أظهرت أن جميلة لخطوط OmcS على طول خيوط Geobacter للموصل بالكهرباء المعروفة باسم أسلاك الميكروبية.

"هذا التحول في الأحداث واقترح ان السيتوكروم هو مفتاح الربط الكهربائي بين الخلايا" ويقول سمرز. وتم تأكيد ذلك في تجارب لاحقة مع الميكروبات التلاعب وراثيا. ولم عندما اخذ الباحثون في حذف الجينات لالسيتوكروم أو أسلاك ، والميكروبات لا تشكل الكرات الحمراء وعدم استخدامها بشكل فعال وقودها الكحول. وكان Lovley ، سامرز وزملاؤه أوضحت بالتالي مصدرا للسلوك الميكروبات الجديدة.

وأظهرت التجارب أنه إذا كان عرض قبل الطفرة Geobacters وضع اثنين معا ، فإنها شكلت الكرات بسرعة والكحول المستهلكة. حذف الجينات التي قد تكون ضرورية لخلايا الهيدروجين تشكيل لتبادل الكرة سارعت أيضا ، مما يدل على أن نقل الهيدروجين بين الأنواع لم يكن عاملا هاما. "هذه هي حالة واضحة من الحياة تتطور بشكل أكثر فعالية في البيئة الجديدة" يقول Lovley.

Last Update: 22. October 2011 18:59

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit