UMass-Wissenschaftler Entdecken Interspecies Elektron-Übertragung in Mikroorganismen

Published on December 3, 2010 at 5:22 AM

Universität von Biologen Derek Lovley Massachusetts Amherst, Zarath-Sommer und Kollegen berichten im Punkt Am 2. Dezember der Wissenschaft, dem sie ein neues Genossenschaftsverhalten in der Anärobe entdeckt haben, bekannt als interspecies Elektronübertragung, die wichtige Auswirkungen für die globale Kohlenstoffschleife und die Bioenergie haben könnte.

Die Wissenschaftler fanden, dass Mikroorganismen von unterschiedlichen Spezies, in diesem Fall zwei Geobacter-Spezies, direkte elektrische Anschlüsse bilden und einen elektrischen Strom von einer Mikrobe führen können der anderen. Indem zusammenarbeiten auf diese Art die zwei Mikroben, kann Nahrung verbrauchen, die keine von ihnen auf ihren Selbst verwenden konnten.

Die Zellgesamtheiten oder „die großen Kugeln der Entwicklung“, die Sommer dieser ist, entwickelten im Laboraussehung sehr viel wie denen-, die in der Natur gefunden wurden, die in entwürdigende organische Substanz in die Treibhausgase, in das Kohlendioxyd und in das Methan miteinbezogen werden. Umwandlung von Abfällen zum Methan durch Mikrobengesamtheiten ist eine in zunehmendem Maße populäre Methode für das Produzieren des Erdgases als erneuerbare Energiequelle.

Andere können gefundenes verbrauchendes Methan von den Luftauslässen am Meeresboden sein. In beiden Fällen sind Forscher für Jahre über wie diese Gesamtfunktion verwirrt worden, weil ein 40-jähriges interspecies Wasserstoffübergangsparadigma nicht schien, Beobachtungen zu befestigen. Jetzt scheint das Geheimnis gelöst zu sein.

Da Lovley, das allgemeine investestigator, erklärt, „Wir legten die Mikroben unter Bedingungen, in denen sie zusammenarbeiten mussten, um unter Verwendung des Alkohols zu überleben und zu wachsen, den, wir sie als Energiequelle gaben. Sie sind die entscheidenden trinkenden Freunde und arbeiten zusammen, um Äthanol zu verbrauchen.“ Mit Halterung vom Genomischen Wissenschafts-Programm des US-Energieministeriums, hat sein Labor die Fähigkeit von Mikroorganismen ausgenutzt, sich neuen Bedingungen und sich entwickelnden Mikroben für praktische Anwendungen anzupassen.

Es bekannt seit den sechziger Jahren, dass Mikroorganismen Elektronen durch den Prozess indirekt austauschen können, der als interspecies Wasserstoffübertragung bekannt ist. In ihm produziert eine Mikrobe Wasserstoff, den eine andere Mikrobe dann verbraucht. Es war die Experimente, die heraus bis zum DoktorkandidatenSommern carrried sind, um dieses Phänomen zu erforschen, weiter, das das zu Entdeckung vom neuen verweisen Übergangsprozeß führte.

Um anzufangen, fügten Sommer zwei Spezies von Geobacter unter die Bedingungen zusammen, die erwartet wurden das Wasserstoff-Teilen von Interaktionen zu bevorzugen. Zuerst arbeiteten die Zellen zusammen, um den Alkohol zu verbrauchen, indem sie Wasserstoff teilten. Im Laufe der Zeit fingen sie auch, zusammen aufzuhäufen an und die Kultur von einer von zerstreuten mikroskopischen Zellen umzuwandeln, unsichtbar zum nackten Auge, zu einer Sammlung komplexen mehrzelligen Zellen, mm im Durchmesser.

Den Drängen ihrer Laborkameraden Widerstehend, um die Kulturen zu rütteln und die unerwarteten Zellbüschel oben zu brechen fort, fuhren Sommer, die Kugeln wachsen zu lassen. Jetzt wiesen sie eine tiefrote Farbe wegen des Vorhandenseins von den Eisen-enthaltenen Proteinen auf, die als Zellfarbstoffe bekannt sind. Als beobachtet mit einem Elektronenmikroskop, hatten sie offenbar eine verwickelte Zelle mit einer Reihe Kanälen, um entwickelt Nährstoffen vermutlich zu helfen hereinzukommen. Sie hatten auch vollständig neue elektrische Anschlüsse festgelegt, die sie ermöglichten, Elektronen direkt zu teilen.

„Die direkte Elektronübertragung ist viel effizienter und sie verbrauchen Alkohol viel schneller auf diese Weise,“ Sommer unterstreichen. Das Sequenziell ordnen der DNS in den großen roten Kugeln deckte das Geheimnis zu diesem elektrischen Anschluss auf: eine Veränderung in einem der Geobacter-Spezies hatte es veranlaßt, viel mehr von einem Zellfarbstoff zu machen bekannt als OmcS. Vorhergehende Studien im Reizenden Labor hatten gezeigt, dass OmcS entlang Geobacters elektrisch leitfähigen Fäden ausrichtet, die als Mikroben-nanowires bekannt sind.

„Diese Wende Schicksal schlug vor, dass der Zellfarbstoff zum elektrischen Anschluss zwischen den Zellen“ sagt Sommer Schlüssel war. Dieses wurde in den nachfolgenden Experimenten mit genetisch manipulierten Mikroben bestätigt. Als die Forscher Gene für den Zellfarbstoff oder die nanowires löschten, bildeten die Mikroben nicht die roten Kugeln und verwendeten nie effektiv ihren Alkoholtreibstoff. Lovley, Sommer und Kollegen hatten folglich die Quelle des neuen Verhaltens der Mikroben festgelegt.

Weitere Experimente zeigten, dass, wenn die Veränderung eingeführt wurde, bevor man die zwei Geobacters zusammenfügte, sie schnell die Kugeln bildeten und verbrauchten Alkohol. Die Löschung eines Gens, das notwendig sein würde, damit die Zellen um auch Wasserstoff auszutauschen, beschleunigte die Kugelentstehung und zeigte, dass interspecies Wasserstoffübertragung kein wichtiger Faktor war. „Dieses ist ein klarer Fall vom Leben entwickelnd, um effektiv in einer neuen Umgebung zu arbeiten“ sagt Lovley.

„Wir schätzen, dass viele Baumuster natürliche Gesamtheiten auf interspecies Elektronübertragung“ sagten Lovley beruhen. „Wir haben bereits etwas gute vorläufige Belege für dieses mit mehr komplexen natürlichen Anlagen. Mit DNA-Sequenzierung können wir bestimmen, wie die Mikroben entwickeln, wenn sie angefochten werden, um besser zu tun. Wir können über die grundlegenden Vorrichtungen des Prozesses von Zinsen viel lernen,“ er fügt hinzu.

Quelle: http://www.umass.edu/

Last Update: 11. January 2012 17:20

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