Americko-európsky tím preskúmal, ako bežná pôdna baktéria štiepi kovovú látku, aby z nej uvoľnila kyslík, ktorý potrebuje na dýchanie. Jej geneticky upravená verzia by mohla „vdychovať" toxické odpady a „vydychovať" ich ako netoxické zlúčeniny.
Ide o pomerne známu a genetikmi intenzívne skúmanú baktériu Shewanella oneidensis. Patrí do skupiny mikróbov, ktoré v rámci látkovej výmeny dokážu využiť aj štiepenie zlúčenín kovov.
Vedci na čele s Brianom Lowerom z Ohijskej štátnej univerzity v Columbuse (USA), ktorý mal v tíme okrem amerických aj kolegov z Rakúska, Švajčiarska a Švédska, teraz vysledovali unikátnou kombináciou mikroskopových pozorovaní, ako to vlastne táto baktéria robí.
Výsledky uverejnili minulý týždeň - predbežne online - v časopise Applied and Environmental Microbiology.
Získali prvé dôkazy, že Shewanella oneidensis presúva špecifické bielkoviny z vnútra svojej bunky do vonkajšej membrány. Účel: ich priamy kontakt s kovom.
(Shewanella oneidensis je tak ako všetky baktérie jednobunkový organizmus; baktérie však často vytvárajú kolónie, ktoré sa správajú s vysokou mierou koordinovanosti.)
Tieto bielkoviny sa viažu s oxidmi kovu, ktoré baktéria využíva v podstate rovnakým spôsobom ako my kyslík pri dýchaní. Baktérie totiž v prírodných podmienkach nie vždy majú priamy prístup k voľnému kyslíku a tak musia použiť náhradné riešenie a vyrobiť si ho.
„Tento druh dýchania fascinuje z evolučného hľadiska, nás ale zaujíma aj to, ako by sme baktérie mohli využiť na odstránenie nepríjemných zlúčenín, obsahujúcich napríklad urán, technécium a chróm," povedal Brian Lower.
Technécium a chróm sú vedľajšie produkty výroby plutónia, základného materiálu atómových zbraní. Na viacerých miestach sveta došlo počas výroby týchto zbraní v 60. a 70. rokoch minulého storočia ku znečisteniu rozsiahlych plôch. Tento problém typu "tikajúcej bomby" stále čaká na riešenie.
Podobné odpady totiž predstavujú veľké riziko - sú rozpustné vo vode a tak cez podzemnú vodu môžu preniknúť do komunálnych vodných zdrojov. Baktérie však pri svojej látkovej výmene prirodzene viažu predmetné kovy do podoby vo vode nerozpustných zlúčenín.
Čiže ide o to, aby vedci do všetkých podrobností poznali látkovú výmenu baktérií a jej genetický základ. Ten by sa potom už vyskúšanými prostriedkami genetického inžinierstva azda dal posilniť (zmnožením kópií génov, ktorých prepisom sa predmetné bielkoviny produkujú) tak, aby baktérie viazali toxické kovy do neškodnej formy.
Brian Lower s kolegami pre použili atómový silový mikroskop, aby zistili, ako Shewanella oneidensis „pracuje" s minerálom železa hematitom. Tento prístroj meria nepatrné atómové sily medzi hrotom ihlovej sondy a povrchom materiálu. Možno ním skúmať objekty v mierke menej ako jedného nanometra (miliardtina metra).
Bunky Shewanelly oneidensis sú veľmi malé, ako to už pri baktériách býva. Na plochu bodky za vetou (pri bežnej veľkosti písma) by sa ich vošlo niekoľko sto tisíc. No voči špičke sondy atómového silového mikroskopu sú stále niekoľkotisíckrát väčšie.
Vďaka tomu vedci mohli sondou na povrchu bakteriálnych buniek zachytiť jednotlivé molekuly bielkovín - tie, ktoré boli v priamom kontakte s kovovými látkami. Pomocou špecifických protilátok umiestnených na špičke sondy potvrdili pracovnú hypotézu, že Shewanella oneidensis „dýcha" kov pomocou bielkoviny OmcA.
Kombinácia atómového silového mikroskopu so svetelným mikroskopom odhalila prítomnosť OmcA práve na stykoch bakteriálnej bunky s hematitom. Baktérie dokonca túto bielkovinu vylučovali v želatínovom slize. Naznačuje to, že Shewanella oneidensis získava energiu v podobe kyslíka z väčšej plochy, než akú dokáže pokryť vlastným „telom".
Červená farba ukazuje, kde baktéria Shewanella oneidensis využíva bielkovinu OmcA na „dýchanie" hematitu. Ovál približne vyznačuje polohu baktérie. OmcA sa zreteľne vyskytuje pozdĺž jej okrajov vo vonkajšej membráne a okolo samotnej baktérie v slize, ktorý vylúčila.
Foto: Brian Lower, Ohio State University
Tím Briana Lowera chce túto metodiku v najbližšej budúcnosti overiť na iných mikróboch a pri samotnej Shewanelle oneidensis zistiť, či presúva OmcA na povrch bunky aj pri styku so zlúčeninami, ktoré obsahujú urán a technécium.
Baktérie ako Shewanella oneidensis sa vyskytujú a množia aj v pôdach zamorených toxickými kovmi, napríklad pri továrni na výrobu atómových zbraní v Hanforde (štát Washington, USA).
„Ak by ste dokázali posilniť schopnosť tejto baktérie redukovať urán tým, že by mala k dispozícii väčšie množstvo takých kľúčovo dôležitých bielkovín, mohol by to byť jeden zo spôsobov, ako napokon podobne kontaminované lokality vyčistiť," povedal Brian Lower.
Hlavné zdroje: Applied and Environmental Microbiology online z 13. marca 2009; Komuniké Ohio State University zo 16. marca 2009.
