UMass επιστήμονες Ανακαλύψτε μεταξύ των ειδών μεταφοράς ηλεκτρονίων σε μικροοργανισμοί

Published on December 3, 2010 at 5:22 AM

Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst μικροβιολόγοι Derek Lovley, Zarath Summers και οι συνεργάτες του έκθεση στο 2 Δεκεμβρίου έκδοση του Science ότι έχουν ανακαλύψει μια νέα συνεργατική συμπεριφορά στην αναερόβια βακτήρια, που είναι γνωστή ως ηλεκτρονίων μεταξύ των ειδών μεταφοράς, που θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές συνέπειες για το παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα και βιοενέργειας.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι μικροοργανισμοί διαφορετικών ειδών, σε αυτή την περίπτωση δύο Geobacter είδη, μπορούν να αποτελέσουν άμεση ηλεκτρικές συνδέσεις και να περάσει ηλεκτρικό ρεύμα από ένα μικρόβιο στο άλλο. Από τη συνεργασία με τον τρόπο αυτό τα δύο μικρόβια μπορούν να καταναλώνουν τρόφιμα που κανένας από αυτούς δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν από μόνοι τους.

Τα συγκεντρωτικά στοιχεία των κυττάρων ή «Great Balls της εξέλιξης» που εξελίχθηκε καλοκαίρια στο εργαστήριο μοιάζουν πολύ με αυτές που βρίσκονται στη φύση που εμπλέκονται σε εξευτελιστικές οργανική ύλη στο αερίων του θερμοκηπίου, το διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Μετατροπή των αποβλήτων σε μεθάνιο με μικροβιακή αδρανών υλικών είναι ένα όλο και πιο δημοφιλής μέθοδος για την παραγωγή φυσικού αερίου ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας.

Άλλοι μπορεί να βρεθεί καταναλώνουν μεθάνιο από τις οπές αερισμού στο κάτω μέρος του ωκεανού. Και στις δύο περιπτώσεις, οι ερευνητές έχουν προβληματίζονται εδώ και χρόνια για το πώς λειτουργούν αυτά τα μεγέθη, γιατί ένα 40-year-old μεταξύ των ειδών του υδρογόνου παραδείγματος μεταφοράς δεν φαίνεται να ταιριάζει παρατηρήσεις. Τώρα, το μυστήριο φαίνεται να επιλυθεί.

Όπως Lovley, ο κύριος investestigator, εξηγεί, «Τοποθετήσαμε τα μικρόβια υπό συνθήκες υπό τις οποίες έπρεπε να εργαστούν από κοινού προκειμένου να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν χρησιμοποιώντας το αλκοόλ που τους έδωσε ως πηγή ενέργειας. Είναι το απόλυτο φίλους πίνοντας, συνεργάζονται για να καταναλώνουν αιθανόλη. " Με την υποστήριξη από την Genomic Πρόγραμμα Σπουδών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, εργαστήριό του έχει την εκμετάλλευση της ικανότητας των μικροοργανισμών να προσαρμόζονται στις νέες συνθήκες και την ανάπτυξη μικροβίων για πρακτικές εφαρμογές.

Είναι γνωστή από τη δεκαετία του 1960 ότι οι μικροοργανισμοί μπορούν να ανταλλάσσουν indirectly ηλεκτρόνια από τη διαδικασία γνωστή ως μεταφορά μεταξύ των ειδών του υδρογόνου. Σε αυτό, ένα μικρόβιο παράγει υδρογόνο, ότι ένα άλλο μικρόβιο καταναλώνει συνέχεια. Ήταν πειράματα carrried από Summers διδακτορικό υποψήφιο να διερευνήσει περαιτέρω αυτό το φαινόμενο που οδήγησε στην αποκάλυψη της νέας άμεση διαδικασία μεταφοράς.

Κατ 'αρχάς, τα καλοκαίρια θέσει δύο είδη Geobacter μαζί κάτω από συνθήκες που αναμένεται να ευνοούν υδρογόνου επιμερισμού αλληλεπιδράσεις. Στην αρχή, τα κύτταρα δεν συνεργάστηκαν για να καταναλώσει το αλκοόλ με τη διανομή του υδρογόνου. Την πάροδο του χρόνου, που άρχισε επίσης συσσώρευση μαζί και τη μετατροπή του πολιτισμού από έναν από διάσπαρτες μικροσκοπικά κύτταρα, αόρατα με γυμνό μάτι, σε μια συλλογή των σύνθετων πολυκύτταρων δομές, χιλιοστά σε διάμετρο.

Αντίσταση παροτρύνσεις τους συντρόφους εργαστήριό της για να ταρακουνήσει τους πολιτισμούς και να διαλύσουν το απροσδόκητο συστάδες κυττάρων, Summers συνέχισε να επιτρέπει τις σφαίρες για να αναπτυχθούν. Τώρα ήταν παρουσιάζοντας ένα βαθύ κόκκινο χρώμα λόγω της παρουσίας του σιδήρου που περιέχουν πρωτεΐνες που είναι γνωστό ως κυτοχρώματα. Όταν παρατηρηθεί με ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, που είχε αναπτύξει με σαφήνεια μια περίπλοκη δομή, με μια σειρά από κανάλια, προφανώς για να βοηθήσουν τα θρεπτικά συστατικά εισέλθουν. Είχαν επίσης δημιουργήσει εντελώς νέες ηλεκτρικές συνδέσεις που επιτρέπεται να συμμετέχουν άμεσα ηλεκτρόνια.

"Η άμεση μεταφορά ηλεκτρονίων είναι πολύ πιο αποτελεσματική και καταναλώνουν αλκοόλ πολύ πιο γρήγορα με αυτόν τον τρόπο," Summers επισημαίνει. Αλληλουχίας του DNA στα μεγάλα κόκκινες μπάλες αποκάλυψε το μυστικό σε αυτό ηλεκτρική σύνδεση: μια μετάλλαξη σε ένα από τα είδη Geobacter είχε προκαλέσει να κάνει πολύ περισσότερα από το κυτόχρωμα γνωστή ως ανοικτών μεθόδων συντονισμού. Προηγούμενες μελέτες στο εργαστήριο υπέροχο είχε καταδείξει ότι ανοικτών μεθόδων συντονισμού γραμμές κατά μήκος ηλεκτρικά αγώγιμες ίνες Geobacter που είναι γνωστό ως μικροβιακή νανοσύρματα.

"Αυτή η στροφή των γεγονότων πρότεινε ότι το κυτόχρωμα ήταν κλειδί για την ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ των κυττάρων», λέει ο Summers. Αυτό επιβεβαιώθηκε σε μετέπειτα πειράματα με γενετικώς τροποποιημένα μικρόβια. Όταν οι ερευνητές αφαιρούμενα γονίδια για το κυτόχρωμα ή την νανοσύρματα, τα μικρόβια δεν αποτελούν τις κόκκινες μπάλες και να μην χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά καυσίμου αλκοόλ. Lovley, Summers και οι συνεργάτες του είχαν επισημάνει ως εκ τούτου η πηγή της νέας συμπεριφοράς των μικροβίων ».

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι αν η μετάλλαξη εισήχθη πριν από τη θέση των δύο Geobacters μαζί, σχημάτισαν γρήγορα τις μπάλες και καταναλώνεται αλκοόλ. Η διαγραφή ενός γονιδίου που θα ήταν αναγκαία για τα κύτταρα για την ανταλλαγή υδρογόνου και έσπευσαν σχηματισμό μπάλα, αποδεικνύοντας ότι μεταξύ των ειδών μεταφοράς υδρογόνου δεν ήταν ένας σημαντικός παράγοντας. "Αυτή είναι μια ξεκάθαρη περίπτωση της ζωής εξελίσσεται για να λειτουργήσει πιο αποτελεσματικά σε ένα νέο περιβάλλον», λέει ο Lovley.

"Υποθέτουμε ότι πολλοί τύποι φυσικών αδρανών βασίζονται σε μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ των ειδών», δήλωσε ο Lovley. "Έχουμε ήδη κάποιες καλές προκαταρκτικά στοιχεία για αυτό με κάποια πιο πολύπλοκα φυσικά συστήματα. Με αλληλουχίας του DNA μπορούμε να καθορίσουμε πώς τα μικρόβια εξελίσσονται όταν καλούνται να κάνουν καλύτερα. Μπορούμε να μάθουμε πολλά για τους βασικούς μηχανισμούς της διαδικασίας της ενδιαφέρον," αυτός προσθέτει.

Πηγή: http://www.umass.edu/

Last Update: 9. October 2011 03:06

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