Американские ученые впервые описали бактерий, использующих в пищу металл марганец. Хотя существование таких бактерий было предсказано больше века назад.
Когда Джаред Лидбеттер, профессор микробиологии окружающей среды из Калифорнийского технологического института, вернулся после нескольких месяцев рабочей командировки к себе в лабораторию, он обнаружил нечто необычное.
Небольшое количество карбоната марганца (MnCO3), которое он оставил в стеклянной раковине, поменяло кремовый цвет на черный. Что-то забрало у молекул часть электронов, догадался ученый.
«Я подумал, что случилось?», — вспоминал профессор. Черная субстанция оказалась зернами оксида марганца, который образуется, когда ионы марганца теряют электроны, то есть происходит реакция окисления. Однако что-то должно было стать причиной такой реакции, рассудил исследователь.
«Я стал задумываться, не виноваты ли в этом микробы, которых давно ищут, и поэтому мы начали систематически проводить эксперименты, чтобы это выяснить», — пояснил ученый.
Чтобы проверить, действительно ли окисление запускается благодаря биологическим механизмам, ученые стали покрывать другие сосуды карбонатом марганца и стерилизовать его при помощи горячего пара. Выяснилось, что материал, не обработанный паром, темнел, а стерилизованный — не темнел даже по прошествии года. Ученые решили исследовать микроорганизмы, присутствовавшие на необработанном веществе. Анализ РНК выявил 70 различных видов бактерий, однако последующие эксперименты помогли отсеять большую часть из них, оставив два интересующих типа.
Это были бактерии Nitrospirae, имеющие крестообразную форму, и betaproteobacterium, имеющие форму палочек. Ученым известно, что подобные бактерии присутствую в грунтовых водах. «Мы изолировали betaproteobacterium из разрушенных оксидов, как отдельные колонии... Однако этот вид не окисляет карбонат марганца (MnCO3) в одиночку. Или его окисляет Nitropirae, или они работают вместе», — сообщили ученые в исследовании, опубликованном в журнале Nature.
Чтобы выяснить, как происходит этот процесс, ученые заменили в карбонате марганца (MnCO3) атомы углерода на их изотоп (13С) и оказалось, что бактерии используют эти изотопы для строительства своих клеток. Это наблюдение подтвердило гипотезу об автотрофности бактерий – их способности производить собственную пищу при помощи источника энергии.
Бактерии оказались способны, используя электроны марганца, превращать CO2 в углерод для строительства клетки, подобно тому, как растения используют солнечный свет, превращая углекислый газ и воду в сахара и кислород при помощи фотосинтеза.
Описанный процесс носит название хемосинтеза, при участии марганца он наблюдается у бактерий впервые.
«Это первый случай обнаружения бактерий, которые используют марганец в качестве источника топлива», — пояснил Лидбеттер, добавив, что их существование было предсказано более века назад.
В 2018 году ученые создали фермент , способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету.
В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Позднее ученым удалось определить структуру фермента, который они для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала фермент, оказалось, что он стал справляться с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.
«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, — говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. — Это настоящее открытие».
Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, — говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. — Это настоящее открытие».
Конкуренцию бактериям могут создать личинки восковой моли — как недавно было установлено, они способны поглощать пластик с впечатляющей скоростью. Открытие было сделано случайно — одна из исследовательниц, Федерика Берточини, любитель-пчеловод, занималась удалением паразитов из сот своих ульев. Берточини временно положила извлеченных гусениц в обычный пакет для мусора и через какое-то время обнаружила, что личинок нет.
Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.