Przełomowe odkrycie w nauce. Bakterie, które wydalają złoto

Bakterie Cupriavidus metallidurans, przypominające mikroskopijne pałeczki, żyją w ekstremalnych środowiskach – glebach i skałach bogatych w metale ciężkie, takie jak miedź czy kadm. Dla większości organizmów te miejsca są zabójcze z powodu wysokiej toksyczności metali. Jednak C. metallidurans nie tylko przetrwały, ale i ewoluowały, by skutecznie wykorzystywać te warunki.

Oprócz toksycznych metali ciężkich, warunki życia w tych glebach nie są złe. Wystarczająca ilość wodoru pozwala zaoszczędzić energię i prawie nie ma konkurencji. Jeśli organizm zdecyduje się tu żyć, musi znaleźć sposób, aby uchronić się przed tymi toksycznymi substancjami – tłumaczy profesor Dietrich H. Nies, mikrobiolog z Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU).

Już w 2009 roku zespół naukowców kierowany przez profesora Niesa oraz profesora Franka Reitha z University of Adelaide wykazał, że C. metallidurans jest w stanie biologicznie wytwarzać złoto. Jednak choć potwierdzono wtedy, że proces faktycznie zachodzi, nie było jeszcze wiadomo, jak dokładnie to się dzieje. Tajemnica została rozwikłana dzięki wspólnym badaniom uczonych z MLU, Technische Universität München (TUM) oraz University of Adelaide, opublikowanym na łamach prestiżowego czasopisma "Metallomics". Zespół badawczy odkrył, że to unikalne zjawisko jest efektem wewnętrznej strategii obronnej bakterii. Związki miedzi i złota przenikają do komórek bakterii, gdzie wchodzą w niebezpieczne dla niej reakcje chemiczne. W normalnych warunkach bakteria radzi sobie z toksyczną miedzią przy pomocy enzymu zwanego CupA, który pozwala usuwać metal z komórki. Ale kiedy w otoczeniu pojawia się także złoto, sytuacja się komplikuje.

Gdy obecne są również związki złota, enzym zostaje stłumiony, a toksyczne związki miedzi i złota pozostają w komórce – wyjaśnia profesor Nies.

W odpowiedzi na ten chemiczny atak bakteria uruchamia kolejny enzym, który badacze nazwali CopA. To właśnie on umożliwia komórce przekształcenie toksycznych związków w mniej szkodliwe formy, które nie tylko stają się łatwiejsze do usunięcia, ale również mniej zagrażają funkcjonowaniu organizmu. – Dzięki temu mniej związków miedzi dostaje się do wnętrza komórki – dodaje Nies.

Cały ten precyzyjny system obronny niesie jednak ze sobą zaskakujący rezultat – powstawanie mikroskopijnych cząstek złota. To właśnie jako produkt uboczny neutralizacji toksycznych pierwiastków C. metallidurans wytwarza maleńkie bryłki czystego złota o rozmiarach kilku nanometrów.

Choć ilości złota powstające w tym procesie są mikroskopijne, to ich znaczenie naukowe – i potencjalnie przemysłowe – jest ogromne. Bakterie te, żyjące w niszach ekologicznych praktycznie nieosiągalnych dla innych organizmów, nie tylko przetrwały dzięki biochemicznej finezji, ale i stworzyły unikatową możliwość pozyskiwania złota z bardzo ubogich rud.

Zrozumienie działania tych mechanizmów daje badaczom zupełnie nowe perspektywy. Wiedza o tym, jak C. metallidurans radzi sobie z metalami, może w przyszłości pozwolić na rozwój biotechnologicznych metod odzyskiwania złota z rud zawierających tylko jego śladowe ilości. To istotne, zwłaszcza że wydobycie metali szlachetnych tradycyjnymi metodami wymaga ogromnych nakładów energii i generuje znaczne zanieczyszczenia.

Jeśli uda się wykorzystać te bakterie lub ich enzymy w sposób przemysłowy, możliwe będzie stworzenie bardziej zrównoważonych i ekologicznych metod pozyskiwania metali. Dodatkowo może to mieć zastosowanie w rekultywacji terenów poprzemysłowych – bakterie potrafią bowiem nie tylko oczyszczać środowisko z toksycznych metali, ale i przekształcać je w coś o wysokiej wartości ekonomicznej.