Para ilmuwan UMass Temukan antarspesies transfer elektron di Mikroorganisme

Published on December 3, 2010 at 5:22 AM

University of Massachusetts Amherst mikrobiologi Derek Lovley, Summers Zarath dan rekan melaporkan dalam edisi 2 Desember Science bahwa mereka telah menemukan perilaku koperasi baru dalam bakteri anaerob, yang dikenal sebagai transfer elektron antarspesies, yang bisa memiliki implikasi penting bagi siklus karbon global dan bioenergi.

Para ilmuwan menemukan bahwa mikroorganisme dari spesies yang berbeda, dalam hal ini dua Geobacter spesies, dapat membentuk sambungan listrik langsung dan lulus arus listrik dari satu mikroba yang lain. Dengan bekerjasama dalam cara ini dua mikroba dapat mengkonsumsi makanan yang keduanya bisa digunakan pada mereka sendiri.

Agregat sel atau "bola besar evolusi" yang berkembang di laboratorium Summers terlihat sangat mirip yang ditemukan di alam yang terlibat dalam degradasi bahan organik ke dalam gas rumah kaca, karbon dioksida dan metana. Konversi limbah untuk metana oleh mikroba agregat adalah metode yang semakin populer untuk memproduksi gas alam sebagai sumber energi terbarukan.

Lainnya dapat ditemukan metana mengkonsumsi dari ventilasi di dasar laut. Dalam kedua kasus, peneliti telah bingung selama bertahun-tahun tentang bagaimana fungsi agregat, karena 40 tahun antarspesies hidrogen paradigma mentransfer tampaknya tidak cocok pengamatan. Sekarang, misteri tampaknya harus dipecahkan.

Sebagai Lovley, yang investestigator utama, menjelaskan, "Kami menempatkan mikroba dalam kondisi di mana mereka harus bekerja sama dalam rangka bertahan hidup dan tumbuh dengan menggunakan alkohol kami memberi mereka sebagai sumber energi Mereka adalah teman minum utama,. Berkolaborasi untuk mengkonsumsi etanol. " Dengan dukungan dari Program Ilmu Genomic Departemen Energi AS, lab telah memanfaatkan kemampuan mikroorganisme untuk beradaptasi dengan kondisi baru dan mikroba berkembang untuk aplikasi praktis.

Sudah dikenal sejak 1960-an yang secara tidak langsung mikroorganisme dapat bertukar elektron dengan proses yang dikenal sebagai antarspesies mentransfer hidrogen. Di dalamnya, satu mikroba menghasilkan hidrogen bahwa mikroba lain maka mengkonsumsi. Itu adalah percobaan carrried oleh Summers kandidat doktor untuk menjelajahi fenomena ini lebih lanjut yang menyebabkan penemuan proses transfer langsung baru.

Untuk memulai, Summers meletakkan dua jenis Geobacter bersama di bawah kondisi yang diharapkan untuk mendukung berbagi interaksi hidrogen. Pada awalnya, sel-sel itu bekerja sama untuk mengkonsumsi alkohol dengan berbagi hidrogen. Seiring waktu, mereka juga mulai menggumpal bersama-sama dan mengubah budaya dari satu sel mikroskopis tersebar, tak terlihat dengan mata telanjang, untuk koleksi kompleks multi-selular struktur, milimeter dengan diameter.

Menolak desakan teman lab-nya 'mengguncang budaya dan memecah gumpalan sel yang tak terduga, Summers terus memungkinkan bola untuk tumbuh. Sekarang mereka menunjukkan warna merah tua karena adanya besi yang mengandung protein yang dikenal sebagai sitokrom. Bila diamati dengan mikroskop elektron, mereka telah jelas-jelas mengembangkan struktur rumit dengan serangkaian saluran, mungkin untuk membantu nutrisi masuk. Mereka juga mendirikan sambungan listrik baru sepenuhnya yang mengijinkan mereka untuk langsung berbagi elektron.

"The transfer elektron langsung jauh lebih efisien dan mereka mengkonsumsi banyak alkohol lebih cepat dengan cara ini," Jalur Summers keluar. Sequencing DNA dalam bola merah besar mengungkapkan rahasia ini sambungan listrik: mutasi pada salah satu spesies Geobacter telah menyebabkan untuk membuat jauh lebih dari sitokrom dikenal sebagai OmcS. Penelitian sebelumnya di laboratorium yang indah telah menunjukkan bahwa OmcS garis di sepanjang filamen Geobacter yang konduktif secara elektrik dikenal sebagai nanowires mikroba.

"Ini pergantian peristiwa menyarankan bahwa sitokrom adalah kunci untuk sambungan listrik antara sel-sel" kata Summers. Hal ini ditegaskan dalam percobaan berikutnya dengan mikroba dimanipulasi secara genetik. Ketika para peneliti dihapus gen untuk sitokrom atau kawat nano, mikroba tidak membentuk bola merah dan tidak pernah efektif digunakan bahan bakar alkohol mereka. Lovley, Summers dan koleganya telah demikian menunjuk sumber perilaku baru mikroba '.

Percobaan lanjutan memperlihatkan bahwa jika mutasi diperkenalkan sebelum meletakkan kedua Geobacters bersama-sama, mereka dengan cepat membentuk bola dan alkohol yang dikonsumsi. Menghapus sebuah gen yang akan diperlukan untuk sel untuk bertukar pembentukan hidrogen bola juga dipercepat, menunjukkan bahwa antarspesies mentransfer hidrogen bukan merupakan faktor penting. "Ini adalah kasus yang jelas tentang kehidupan berkembang untuk berfungsi lebih efektif dalam sebuah lingkungan baru" kata Lovley.

"Kami menduga bahwa banyak jenis agregat alam bergantung pada transfer elektron antarspesies" kata Lovley. "Kita sudah memiliki beberapa bukti awal yang baik untuk ini dengan beberapa sistem alam yang lebih kompleks Dengan DNA sequencing kita dapat menentukan bagaimana mikroba berkembang ketika ditantang untuk berbuat lebih baik.. Kita bisa belajar banyak tentang mekanisme dasar proses bunga," ia menambahkan.

Sumber: http://www.umass.edu/

Last Update: 8. October 2011 02:17

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