Микробы питаются железом: новое исследование раскрывает механизм

Микробиологически индуцированная коррозия (MIC) — процесс, при котором микроорганизмы разрушают железосодержащие конструкции в бескислородных средах (трубопроводы, оросительные системы), что может привести к дорогостоящим повреждениям или обрушениям.

В отличие от ржавчины (химическая реакция с кислородом), MIC происходит в анаэробных условиях. Ответственные за неё микробы используют железо напрямую, вызывая разрушительную реакцию. Ежегодный ущерб от такой коррозии исчисляется миллиардами долларов, особенно в нефтегазовой отрасли.

Микробиологи Сатоши Каваичи и Амелия-Елена Ротару из Университета Южной Дании выяснили новые детали того, как штамм вида Methanococcus maripaludis крайне эффективно корродирует железо. Исследование опубликовано в npj Biofilms and Microbiomes.

Работа опровергает устоявшееся мнение, что эти микробы выделяют ферменты в окружающую среду для коррозии железа и получения питательных веществ. Вместо этого исследователи показали, что микробы прикрепляются непосредственно к поверхности железа, используя липкие ферменты на своих клеточных стенках. Это позволяет извлекать необходимое, не тратя энергию на выделение ферментов, которые могут не достичь поверхности.

После прикрепления микроб инициирует коррозию, быстро формируя на материале чёрную плёнку.

"Микробы быстро создают под этой чёрной плёнкой ямки, и в течение нескольких месяцев происходит значительное повреждение. Я бы сказал, что гранулы железа весом 5 грамм, видимые невооружённым глазом, биодеградируют до чёрного порошка за месяц или два", — сказал Каваичи.

По словам исследователей, такая микробная адаптация — пример того, как микроорганизмы учатся процветать в созданных человеком средах. В данном случае Methanococcus maripaludis научился выживать на железных конструкциях и эффективно получать из них энергию.

Эта адаптация несёт не только финансовые, но и экологические риски. "Эти микробы являются метаногенными, то есть производят метан. Метан — мощный парниковый газ, поэтому вызывает обеспокоенность тот факт, что микробы, адаптирующиеся к созданной человеком среде, производят метан эффективнее. Эти новые адаптации могут стимулировать рост выбросов метана", — сказала Ротару.

Метаногенные микробы также процветают на различных минеральных частицах, попадающих в природную среду из-за изменения климата и антропогенной деятельности (промышленность, сельское хозяйство, лесные пожары, речной сток, таяние ледников). Эти частицы могут стимулировать активность определённых метаногенных микробов.

В настоящее время группа Ротару исследует частицы от таяния ледников Гренландии, чтобы понять, как они влияют на выбросы метана в атмосферу.