Diese Bakterien essen giftiges Metall, "Poop" Goldnuggets

Stroh in Gold zu verwandeln ist ein alter Hut: Eine bizarre Bakterienart praktiziert bei jedem Atemzug eine Form von Alchemie.

Das bodenlebende, stäbchenförmige Bakterium Cupriavidus metallidurans ist biologisch gesehen berühmt dafür, dass es in der Lage ist, massive Dosen toxischer Metalle zu überleben. Jetzt zeigen neue Forschungsergebnisse, dass spezielle Enzyme in den Bakterien dafür verantwortlich sind, toxische Versionen von Gold in inertes festes Gold zu verwandeln, das Miniaturgoldnuggets erzeugt.

"Bei immer mehr Gold sind einige Bakterienzellen vollständig mit Gold ummantelt", sagte Studienleiter Dietrich Nies, Molekularbiologe an der Martin-Luther-Universität zu Live Science. Diese Goldschalen sind höchstens, wie Nies sagt, nur Mikrometer groß, aber sie können sich zu sandkorngroßen Brocken zusammenballen. [Extremes Leben auf der Erde: 8 Bizarre Kreaturen]

Heavy-Metal-Probleme

C. metallidurans überlebt in Böden, die voller Schwermetalle sind, die typischerweise für biologische Organismen toxisch sind. Nies und seine Kollegen entdeckten 2009, dass die Bakterien in ihrer unmittelbaren Umgebung festes Gold deponieren konnten, wussten aber nicht wie.

Jetzt haben sie eine Antwort. Die Bakterien sind von zwei Membranen umgeben, sagte Nies, mit einem Raum, der dazwischen das Periplasma genannt wird. Sie benötigen Spuren von Kupfer, um ihre Stoffwechselprozesse durchzuführen, aber das Kupfer ist in großen Dosen giftig; Deshalb haben die Bakterien ein spezielles Enzym namens CupA, das überschüssiges Kupfer aus dem Inneren der Zelle in das Periplasma pumpen kann, wo es keinen Schaden anrichten kann.

Das Problem tritt auf, wenn die Bakterien auf Goldionen treffen, bei denen es sich um Goldmoleküle handelt, die eines oder mehrere ihrer Elektronen verloren haben und daher instabil sind. Diese Ionen werden leicht an beiden Zellmembranen in das Innere der Zelle eingeführt, wo sie selbst Schaden anrichten können. Die Ionen hemmen auch die CupA-Pumpe, die überschüssiges Kupfer entfernt und damit Schäden durch Kupferionen, die in die Zellen gelangen, verstärken kann.

Zum Glück für die Bakterien haben sie einen Workaround: ein anderes Enzym namens CopA. Dieses Enzym stiehlt Elektronen von den Kupfer- und Goldionen und wandelt sie in stabile Metalle um, die die innere Membran der Zelle nicht leicht passieren können.

"Sobald die metallischen Goldnanopartikel im Periplasma gebildet werden, sind sie immobilisiert und weniger toxisch", sagte Nies.

Pooping Gold

Sobald das Periplasma mit inertem Metall gefüllt ist, spaltet die äußere Membran die glänzenden Nuggets und spuckt sie aus, sagte Nies.

Den Prozess zu verstehen, ist laut Nies und seinen Kollegen wichtig, weil die Bakterien im Wesentlichen aus festem Gold eine hochlösliche Goldverbindung machen und dann wieder zurück. Wenn Menschen den Prozess nachahmen könnten, wäre es möglich, Erz mit einem sehr niedrigen Prozentsatz Gold zu nehmen, das Edelmetall in eine wasserlösliche Version von sich zu verwandeln, es aus dem Gestein aufzulösen und es dann - voila - wieder in die Form umzuwandeln glänzendes, solides Gold, das in allen Bereichen von Schmuck bis Elektronik zum Einsatz kommt. Im Moment ist der einzige Weg, dies zu tun, Quecksilber zu verwenden, das sehr giftig ist.

Die Forscher berichteten im Januar in der Zeitschrift Metallomics über ihre Ergebnisse.

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