מדענים UMass גלה Interspecies העברת אלקטרונים מיקרואורגניזמים

Published on December 3, 2010 at 5:22 AM

מאוניברסיטת מסצ'וסטס באמהרסט מיקרוביולוגים דרק Lovley, סאמרס Zarath ועמיתיו מדווחים בגיליון דצמבר 2 למדעי שהם גילו התנהגות שיתופית חדשה חיידקים אנאירוביים, המכונה interspecies העברת אלקטרון, אשר עשויות להיות השלכות חשובות עבור במחזור הפחמן העולמי Bioenergy.

החוקרים מצאו כי מינים שונים של מיקרואורגניזמים, במקרה זה שני מינים Geobacter, יכולים ליצור חיבורים חשמליים ישירה להעביר זרם חשמלי מן חיידק אחד למשנהו. על ידי שיתוף פעולה בדרך זו שני חיידקים יכולים לצרוך מזון שאף אחד מהם לא יכול להשתמש בכוחות עצמם.

תא אגרגטים או "כדורי גדול של האבולוציה" כי סאמרס התפתחו במעבדה נראים ממש כמו אלה המצויים בטבע אשר מעורבים חומר אורגני משפיל לתוך גזי חממה, פחמן דו חמצני ומתאן. המרת פסולת מתאן על ידי חיידקים אגרגטים היא שיטה פופולרית יותר ויותר לייצור בגז טבעי כמקור אנרגיה מתחדשת.

אחרים ניתן למצוא מתאן רב של פתחי אוורור בתחתית האוקיינוס. בשני המקרים, החוקרים כבר מבולבל במשך שנים על איך לתפקד אגרגטים אלה, כי 40 בן interspecies העברת הפרדיגמה מימן לא נראה מתאים לתצפיות. עכשיו, התעלומה כנראה נפתרה.

כפי Lovley, investestigator העיקריים, מסביר: "הנחנו את החיידקים בתנאים שבהם הם היו צריכים לעבוד יחד כדי לשרוד ולגדול באמצעות אלכוהול נתנו להם כמקור אנרגיה. הם חברים שתייה האולטימטיבי, פעולה על מנת לצרוך אתנול. " עם תמיכה מהתוכנית למדע הגנום של משרד האנרגיה האמריקני, המעבדה שלו כבר מנצלים את היכולת של מיקרואורגניזמים להסתגל לתנאי הרומן חיידקים לפתח עבור יישומים מעשיים.

זה היה ידוע מאז 1960 כי מיקרואורגניזמים יכול בעקיפין חילופי אלקטרונים על ידי תהליך המכונה interspecies להעביר מימן. בכל זאת, אחד החיידק מייצר מימן כי חיידק אחר אז צורכת. זה היה ניסויים carrried על ידי סאמרס דוקטורנט לחקור את התופעה הזאת עוד כי הובילה לגילוי של תהליך העברה חדש ישיר.

כדי להתחיל, סאמרס לשים שני מינים של Geobacter יחד בתנאים צפוי לטובת מימן שיתוף אינטראקציות. בהתחלה התאים שיתף פעולה לצרוך את האלכוהול על ידי שיתוף מימן. במשך הזמן, הם גם החלו clumping יחד והפיכת התרבות אחד של תאים מיקרוסקופיים התפזרו, בלתי נראה לעין בלתי מזוינת, לאוסף של רב הסלולר מבנים מורכבים, מ"מ קוטר.

התנגדות הפצרותיה חברי המעבדה "לה לנער את תרבויות לשבור את גושי תאים בלתי צפוי, המשיך סאמרס לאפשר הספירות לגדול. עכשיו הם היו מציג צבע אדום עמוק בשל נוכחותם של ברזל המכילים חלבונים המכונה cytochromes. כאשר נצפתה עם מיקרוסקופ אלקטרונים, הם פיתחו בבירור מבנה מורכב עם שורה של ערוצים, ככל הנראה כדי לסייע מזינים להיכנס. הם הקימו גם חיבורי חשמל חדש לגמרי, כי מותר להם ישירות לשתף אלקטרונים.

"העברת אלקטרון ישיר הוא הרבה יותר יעיל, והם צורכים אלכוהול הרבה יותר מהר בדרך זו", מציין סאמרס. רצף ה-DNA את הכדורים האדומים הגדולים חשפו את סוד החיבור הזה חשמל: מוטציה באחד המינים Geobacter גרם לה לעשות הרבה יותר של ציטוכרום המכונה OmcS. מחקרים קודמים במעבדתו של יפה הראו כי קווי OmcS לאורך סיבי מוליכות חשמלית של Geobacter המכונה nanowires חיידקים.

"זו השתלשלות העניינים הציע ציטוכרום היה המפתח לחיבור חשמלי בין התאים", אומר סאמרס. זו אושרה בניסויים הבאים עם חיידקים מניפולציות גנטיות. כאשר החוקרים גנים נמחק על ציטוכרום או nanowires, החיידקים לא בצורת כדורים אדומים ולא להשתמש ביעילות דלק האלכוהול שלהם. Lovley, סאמרס ועמיתיו היו וכך איתרו את מקור ההתנהגות החדשה של חיידקים.

ניסויים נוספים הראו כי אם המוטציה הוצג לפני לשים את שני Geobacters יחד, הם יצרו במהירות את הכדורים האלכוהול הנצרכת. מחיקת הגן כי יהיה צורך עבור התאים להחליף מיהר גם מימן היווצרות כדור, הוכחת כי interspecies להעביר מימן לא היה גורם חשוב. "זהו מקרה ברור של החיים המתפתחת לתפקד בצורה יעילה יותר בסביבה חדשה", אומר Lovley.

"אנחנו מנחש סוגים רבים של אגרגטים טבעיים להסתמך על interspecies העברת אלקטרון", אמר Lovley. "יש לנו כבר כמה ראיות ראשוניות טוב זה עם כמה מערכות טבעיות מורכבות יותר. עם רצפי DNA אנו יכולים לקבוע כיצד החיידקים להתפתח כאשר תיגר לעשות טוב יותר. אנחנו יכולים ללמוד הרבה על המנגנונים הבסיסיים של התהליך של עניין", הוא מוסיף.

מקור: http://www.umass.edu/

Last Update: 3. October 2011 12:55

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