Полиэкстремофильный микроорганизм Acidiplasma sp. YE-1 помогает перерабатывать рудный концентрат биологическим путем. Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН выяснили, какие гены «включаются» у него активнее всего в зависимости от присутствия разных сульфидных минералов в руде. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованыв журнале International Journal of Molecular Sciences.
В некоторых рудах содержание металла, который хотят добыть, достаточно низкое, а ценные компоненты порой сложно извлечь с помощью обычных металлургических технологий. На помощь горнодобывающим предприятиям приходят биотехнологии. Так, биогидрометаллургия использует микроорганизмы, которые помогают извлечь редкие и ценные металлы даже из бедных и упорных к переработке руд. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали молекулярно-генетические механизмы одного из таких микроорганизмов, перерабатывающих пиритно-арсенопиритный концентрат для получения золота.
«Мы изучили, как работают гены штамма архей YE-1, относящегося к роду Acidiplasma. Эти микроорганизмы очень часто преобладают в биореакторах, где происходит окисление и переработка пиритно-арсенопиритного рудных концентратов, одного из важнейших источников золота. Во время роста он использует в качестве субстрата двухвалетное железо, элементарную серу, пирит и арсенопирит. За окисление разных минералов могут отвечать разные гены и механизмы регуляции их активности. Однако пока у нас мало сравнительных данных по экспрессии генов у ацидофильных микроорганизмов, которые растут на разных минералах, содержащих серу», — комментирует Александр Булаев, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией хемолитотрофных микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.
Род Acidiplasma относится к археям — одноклеточным, которые не имеют ядра, как и бактерии, но отличаются от них и строением, и положением на эволюционном древе. Многие из них могут похвастаться необычным метаболизмом и устойчивостью к суровым условиям среды. Представители Acidiplasma — не исключение: они не боятся высоких температур и кислой среды, что помогает им жить и размножаться в условиях биореактора.
Acidiplasma окисляют двухвалентное железо и соединения серы, получая трехвалентное железо (сильный окислитель) и серную кислоту. Затем эти продукты взаимодействуют с минералами, где содержатся сульфиды. В результате происходит выщелачивание по непрямому механизму. Но хотя этот механизм и считается главным, он не единственный: сульфидные минералы могут перерабатываться разными путями и требовать участия разных ферментов. Чтобы детально разобраться в этом процессе, ученые провели транскриптомный анализ у образцов штамма Acidiplasma YE-1, растущего на разных субстратах: в присутствии либо двухвалетного железа, либо элементарной серы, либо сульфидных минералов. Такой анализ показывает количество промежуточных копий (транскриптов), производящихся с разных генов для синтеза кодируемых ими белков. Благодаря этому можно узнать, какие из генов наиболее активны в зависимости от разных условий среды.
Микробиологи выяснили, что голубой медьсодержащий белок сульфоцианин участвует в окислении и серы, и железа. В присутствии пирита Acidiplasma производит меньше сульфоцианина, из-за чего окисление железа проходит медленно. При этом к окислению серы также подключаются оксигеназа/редуктаза серы и тиосульфат-хинон оксидоредуктаза.
«Несмотря на то, что геном Acidiplasma уже был прочитан, раньше мы не знали, какие гены и механизмы подключаются к окислению в разных условиях. Наши данные играют ключевую роль в понимании того, как ацидофильные микроорганизмы воздействуют на сульфидные минералы. Эти знания помогут более эффективно извлекать ценные металлы из руды», — заключил доктор биологических наук Андрей Марданов, заведующий лабораторией геномики микроорганизмов и метагеномики ФИЦ Биотехнологии РАН.