科學(xué)家通過對(duì)一種生活在巖石上的名為Shewanella的細(xì)菌進(jìn)行研究，搞清了生物體如何用微電流轟擊礦物從而轉(zhuǎn)化后者,。這一發(fā)現(xiàn)有助于研制出能夠產(chǎn)生電流的新型燃料電池,，以及更好的環(huán)境清潔技術(shù),，甚至有可能開發(fā)出新一代的有機(jī)材料,。
從最深的馬里亞納海溝到最高的珠穆朗瑪峰,，細(xì)菌幾乎存在于地球上的每個(gè)角落,。其中最主要的原因可能緣于它們極大的適應(yīng)性,。動(dòng)物將氧氣作為新陳代謝的一部分。然而有一些細(xì)菌卻能夠在沒有氧氣的環(huán)境中茁壯成長,，這一特性幾乎讓科學(xué)家困惑了近半個(gè)世紀(jì),。即便當(dāng)科學(xué)家最終發(fā)現(xiàn)生物體利用巖石替代氧氣來清除電子后，他們依然沒有搞清造成這種新陳代謝可能性的確切分子機(jī)制,。
如今,，經(jīng)過在美國和英國的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的長達(dá)5年的研究后，一個(gè)研究小組終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不易被察覺的過程,。他們注意到,，Shewanella利用了位于其表面的一種功能類似于連接細(xì)菌內(nèi)部和外部的電線的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)名為十倍血紅素C類細(xì)胞色素,，它能夠與巖石分子結(jié)合在一起,，并通過細(xì)胞膜——這種結(jié)構(gòu)通常只起到絕緣體的作用——將電子傳送出去。這一過程同時(shí)改變了巖石的化學(xué)性質(zhì),，并釋放了一些元素,，例如鐵和錳。研究小組在上周的美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn),。
參與該項(xiàng)研究的美國大學(xué)公園賓夕法尼亞州立大學(xué)的Susan Brantley表示：“作為一名地球化學(xué)家,，我很驚訝于看到細(xì)菌利用這種‘機(jī)制’運(yùn)送電子。”她說,，這一機(jī)制可能是Shewanella和其他細(xì)菌的某些活性的關(guān)鍵,，例如電流形成以及漏油清除。實(shí)驗(yàn)室研究表明,，其他種類的細(xì)菌能夠產(chǎn)生一種電流,。同樣，隨著時(shí)間的流逝,，細(xì)菌能夠清除泄漏的石油,。Brantley解釋說，通過調(diào)節(jié)細(xì)菌的新陳代謝過程，新的研究將為實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目標(biāo)提供一條更廉價(jià)和更有效的途徑,。
主持這項(xiàng)研究的英國東英吉利亞大學(xué)的生物化學(xué)家David Richardson表示,，Shewanella存在于地下的事實(shí)使得它們成為了完成環(huán)境清理工作的理想候選者。他說：“搞清它們的生物化學(xué)機(jī)制將有助于研制出（在需要清潔的場所）刺激其活性的方法,。”
美國麥迪遜市威斯康星大學(xué)的地球化學(xué)家Eric Roden表示：“這項(xiàng)研究最終提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的生物化學(xué)信息,，從而解釋了此類新陳代謝反應(yīng)是如何發(fā)生的。”他說,，它所闡釋的“正是在許多領(lǐng)域從事研究的科學(xué)家所期待的”,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
PNAS December 17, 2009, doi: 10.1073/pnas.0900086106
Characterization of an electron conduit between bacteria and the extracellular environment
Robert S. Hartshornea, Catherine L. Reardonb, Daniel Rossc, Jochen Nuesterd, Thomas A. Clarkea, Andrew J. Gatesa, Paul C. Millsa, Jim K. Fredricksonb, John M. Zacharab, Liang Shib, Alex S. Beliaevb, Matthew J. Marshallb, Ming Tienc, Susan Brantleyd, Julea N. Butta and David J. Richardsona,1
aSchool of Biological Sciences, University of East Anglia, Norwich NR4 7TJ, United Kingdom;
bPacific Northwest National Laboratory, P.O. Box 999, Richland, WA 99352; and
Departments of cBiochemistry and Molecular Biology, and
dGeoscience, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802-4500
A number of species of Gram-negative bacteria can use insoluble minerals of Fe(III) and Mn(IV) as extracellular respiratory electron acceptors. In some species of Shewanella, deca-heme electron transfer proteins lie at the extracellular face of the outer membrane (OM), where they can interact with insoluble substrates. To reduce extracellular substrates, these redox proteins must be charged by the inner membrane/periplasmic electron transfer system. Here, we present a spectro-potentiometric characterization of a trans-OM icosa-heme complex, MtrCAB, and demonstrate its capacity to move electrons across a lipid bilayer after incorporation into proteoliposomes. We also show that a stable MtrAB subcomplex can assemble in the absence of MtrC; an MtrBC subcomplex is not assembled in the absence of MtrA; and MtrA is only associated to the membrane in cells when MtrB is present. We propose a model for the modular organization of the MtrCAB complex in which MtrC is an extracellular element that mediates electron transfer to extracellular substrates and MtrB is a trans-OM spanning β-barrel protein that serves as a sheath, within which MtrA and MtrC exchange electrons. We have identified the MtrAB module in a range of bacterial phyla, suggesting that it is widely used in electron exchange with the extracellular environment.
