Кристаллы на бактериях: Как «запереть» газ
Интенсивное сжигание ископаемого топлива приводит к медленному, но довольно опасному повышению содержания в атмосфере углекислого газа, который создает парниковый эффект и может быть ответствен за глобальное потепление. Противодействовать этому процессу может какой-то механизм, улавливающий избыточные объемы углекислого газа и фиксирующий его, скажем, в нерастворимых минералах — здесь он будет надежно «заперт» на миллионы лет. Эту работу могут взять на себя генетически модифицированные бактерии.
Когда СО2 заполняет пористые минералы, он взаимодействует с растворенными в воде ионами металлов и выпадает в нерастворимый осадок в виде карбонатов — например, карбоната кальция СаСО3. Это медленный процесс, длиться он может целые тысячелетия, но вот биохимики из группы Дженни Каппуччио (Jenny Cappuccio) решили найти способ ускорить его.
На первом этапе они культивировали различные широко распространенные виды бактерий в растворе, содержащем хлорид кальция и большие количества углекислого газа, наблюдая за процессом выпадения кристаллов карбоната кальция (кальцита). Обнаружилось, что в присутствии бактерий он вообще протекает быстрее, нежели в стерильных условиях. Кроме того, бактерии влияли и на форму СаСО3: вместо аморфных черных отложений формировались светлые и крупные кристаллы. Иначе говоря, само присутствие бактерий стимулировало образование больших кристаллов кальцита.
Заинтригованные этим эффектом, ученые предположили, что это связано с тем, что поверхность бактериальных клеток служит своего рода катализатором, облегчающим взаимодействие углекислого газа с ионами кальция. Чтобы проверить свою гипотезу, авторы решили немного модифицировать одни из использованных в эксперименте бактерий — Caulobacter vibrioides — сделав их внешнюю оболочку более эффективной в улавливании ионов кальция.
Для этого в геном бактерии был добавлен небольшой фрагмент ДНК, кодирующий крохотную петлю из шести аминокислотных остатков глутаминовой кислоты на выдающейся наружу части одного из мембранных белков. В итоге вся поверхность клетки оказалась обильно усеяна такими петлями, несущими отрицательный заряд и, как следствие, притягивающими положительно заряженные ионы металлов.
И это сработало. Насытив раствор углекислым газом, ученые наблюдали, что за счет такого простого трюка процесс выпадения кристаллов кальцита интенсифицировался, причем кристаллы стали еще более крупными — а значит, более устойчивыми и пригодными для «хранения» углекислого газа в течение более длительного времени, нежели аморфные формы CaCО3.
Работа эта имеет не только «климатическое» значение. Модифицированные бактерии — во всем прочем совершенно не отличающиеся от своих диких собратьев, встречающихся повсюду — могут использоваться, скажем, в сельском хозяйстве, где формируемые ими кристаллы могут задерживать почву от вымывания. Осталось только подтвердить, что тот же трюк с отрицательно заряженными петлями будет в реальных условиях работать так же эффективно, как и в лаборатории.
По публикации ScienceNOW