Исследователи из Университета штата Вашингтон открыли новый тип кооперативного фотосинтеза, который можно использовать в создании микробных сообществ для обработки отходов и производства биоэнергии.
Сегодня они сообщают об уникальном метаболическом процессе, впервые наблюдаемом у пары бактерий в Nature Communications.
Фотосинтезирующие бактерии составляют почти половину мирового производства продуктов питания и органических материалов на основе углерода. Исследование может также улучшить понимание экологии озера.
Фототроф + генератор электронов
Prosthecochloris aestaurii, зеленоватый, похожий на растение микроб, происходит из экстремальных условий Хот-Лейк, озера с высокой соленостью в северной части округа Оканоган недалеко от Оровилла, штат Вашингтон. Обнаружен и идентифицирован несколько лет назад исследователями из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США и Университета Южного Иллинойса, бактерия способна к фотосинтезу, используя для роста солнечный свет вместе с элементарной серой или сероводородом.
Исследователи заметили, что P. aestuarii имеет тенденцию собираться вокруг угольного электрода, электрического проводника, который они использовали в Горячем озере. Исследователи выделили и вырастили P. aestuarii и определили, что подобно тому, как работает половина батареи, бактерия способна захватывать электроны с твердого электрода и использовать их для фотосинтеза. В то же время Geobacter Sulfurereducens розового цвета известен своей способностью преобразовывать органические отходы в электричество в микробных топливных элементах. Бактерия также используется для очистки окружающей среды.
Г. sulphurreducens, подобно животным и людям, не может фотосинтезировать. Он потребляет органические соединения, такие как ацетат, и «выдыхает» углекислый газ.
Бактерия известна своей способностью отдавать электроны твердому электроду. Когда он потребляет ацетат, он генерирует электроны, которые можно собирать в виде электричества.
Микробы объединились в пары в лаборатории WSU
Во главе с Халуком Бейеналом, заслуженным профессором Пола Хоэншу в Школе химической инженерии и биоинженерии WSU Gene and Linda Voiland, а также постдокторским исследователем Фук Ха, исследовательская группа предположила, что бактерии могут помочь друг другу расти и собрать их вместе в лаборатории.
Исследователи обнаружили, что P. aestuarii может принимать электроны, генерируемые G. Sulfurereducens, и использовать их в новом типе анаэробного фотосинтеза, никогда ранее не наблюдавшемся. Подобно тому, как работает батарея или топливный элемент, бактерии переносят электроны. Они питаются друг другом, чтобы расти в условиях, в которых ни один из них не может расти независимо.
Экологические последствия
С экологической точки зрения эта новая форма метаболизма может играть важную роль в круговороте углерода в бескислородных зонах пресноводных озер с плохим перемешиванием. Это также может открыть новые возможности для создания микробных сообществ для обработки отходов и производства биоэнергии.
«Мы думаем, что это может быть обычный биоэлектрохимический процесс в природе», - сказал Бейеналь, чья команда работает над тем, чтобы лучше понять механизм переноса электронов.
Работа финансировалась Министерством энергетики США. Исследователи из PNNL и Китайского университета наук о Земле также сотрудничали в проекте.