Медедобывающая амеба из бразильских рудников
Медедобывающая амеба из бразильских рудников
1 мая 2021
Химики разобрались, как амеба из медного рудника синтезирует атомарную медь.
Слева – фото бактерии штамма Bacillus, изготовленная при помощи электрического микроскопа; справа – снимок внутриклеточной воды клеточки бактерии под огромным повышением, светлые точки – одиночные атомы меди. Илл.: L.H. Gracioso et al, Science Advances 2021.
Бингем-Каньон (штат Юта, США) — один из больших в мире открытых карьеров, разрабатываемый с 1863 г. За всю историю в нём добыли наиболее 19 миллионов тонн меди. Фото: Doc Searls/Flickr.com
Больше всего производимой в мире меди идёт на изготовка проводников. Фото: Trafigura Images/Flickr.com
‹
›
Открыть в полном размере
Медь претендует на роль сплава наиблежайшего грядущего. Если нас всё-таки ждёт эпоха электротранспорта заместо каров и грузовиков с классическими движками внутреннего сгорания, то нам пригодится ещё больше меди для производства электродвигателей и всей сопутствующей электронной инфраструктуры.
Уже на данный момент больше половины всей меди в мире добывается не в рудниках и шахтах, а поступает из вторичной переработки. С одной стороны, это отлично, что мы научились утилизировать всё, что содержит этот ценный цветной сплав. Но, с иной стороны, это означает, что и ресурсы меди в мире ограничены — разведанные припасы не так и значительны, а добыча меди очень трудоёмка и совершенно не безобидна для природы. Потому и недостаток меди в мире — полностью настоящая перспектива. С решением данной нам задачи соединены поиски новейших методов добычи меди, в том числе и тех, которые приводят к наименьшему загрязнению окружающей среды.
Одно из направлений наиболее экологичной металлодобычи – это биометаллургия, т.е. внедрение микробов в процессе извлечения нужных ископаемых. Есть бактерии, способные «вытаскивать» из твёрдых горных пород некие хим элементы, к примеру, те же сплавы. Таковой способ именуется бактериальным выщелачиванием – из определённым образом обработанной руды получают аква раствор, обогащённый ионами металлов.
Роль микробов тут заключается в том, чтоб окислить те хим элементы в составе минералов, которые можно окислить, к примеру, серу либо железо. Мельчайшие организмы получают за счёт этого энергию, а горнодобытчики – растворённые сплавы. Далее этот «рассол» проходит хим обработку для разделения частей и их следующего выделения в железном виде. Схожий подход употребляют, к примеру, при добыче урана либо той же меди из бедных руд. Но есть бактерии, способные не окислять, а, напротив, восстанавливать сплавы из их окисленного состояния. И делают они это, что именуется, не от неплохой жизни.
Дело в том, что соли меди токсичны для огромного количества {живых} организмов. Этот же раствор сульфата меди (медный купорос, жидкость прекрасного насыщенного голубого цвета) употребляют как антисептик и фунгицид в сельском хозяйстве: им дезинфицируют почву и опрыскивают нездоровые растения. Но бактерии не могли быть микробами, если б не выработали защиту от этого «противного» сплава. К примеру, некие штаммы бактерий могут превращать ионы меди в микрочастицы меди, т.е. практически в железную медь. В отличие от микробов, питающихся за счёт окисления металлов, эти бактерии, напротив, растрачивают свою энергию, чтоб убрать медь из сферы обитания, и за счёт этого делают для себя отлично. Как пишут в Science Advances исследователи из института Сан-Паулу и Хьюстонского института, им удалось отыскать в одном из медных рудников Бразилии штамм микробов из рода Bacillus, которые не попросту могут очищать смеси от ионов меди, но при всем этом получать атомарную медь – отдельные постоянные атомы меди. Атомарная медь употребляется в производстве катализаторов для хим индустрии либо, к примеру, для легировании сплавов.
Для того, чтоб получить атомарную медь в лабораторных критериях, обычно требуются сложные и не весьма действенные технологические процессы, вроде хим осаждения из газовой фазы либо фемтосекундной лазерной абляции. «Бразильские» же бактерии создают атомарную медь сами, просто поэтому что желают выжить в ядовитой среде. Чтоб осознать, как у их это выходит, исследователи исследовали белки, которые бактерии синтезировали, когда попадали в богатую ионами меди среду.
Оказалось, что для борьбы с «медным инфецированием» бактерии вырабатывают 145 доп белков, которые они не синтезируют в собственной обыкновенной жизни. Большая часть из их (102) относились к группе белков, участвующих в действиях обмена веществ и с медью каким-то образом не взаимодействующих. Быстрее всего, они требовались клеточкам, чтоб производить больше энергии в неблагоприятных критериях. Полтора 10-ка белков вырабатывались для борьбы с хим стрессом, три из которых участвовали в транспорте ионов меди через мембрану и снутри клеточки. В конце концов, ещё 11 белков из оставшихся были конкретно соединены с действиями перевоплощения ионов меди в атомарную медь.
Исследователи молвят, что они нашли пока лишь один штамм микробов, способный синтезировать атомарную медь, хотя их полностью быть может еще больше. Не считая того, пока не совершенно ясно, как идеальнее всего выделять атомарную медь, ведь она находится снутри клеточки бактерии. Вообщем, учёные глядят на перспективы с огромным оптимизмом.
Источник: