Учёные открыли уникальный микробный фотосинтез

Исследователи из Университета штата Вашингтон открыли новый тип кооперативного фотосинтеза, который можно использовать для инженерии микробных сообществ в целях очистки отходов и производства биоэнергии.

Они сообщают об уникальном метаболическом процессе, впервые наблюдаемом у пары бактерий, в журнале Nature Communications.

Фотосинтезирующие бактерии ответственны почти за половину мирового производства пищи и углеродсодержащего органического материала. Исследование также может улучшить понимание экологии озёр.

Фототроф + генератор электронов

Prosthecochloris aestaurii — микроорганизм зеленоватого оттенка, похожий на растение, происходит из экстремальной среды озера Хот-Лейк, водоёма с высокой солёностью в северном округе Оканаган. Эта бактерия, открытая несколько лет назад, способна к фотосинтезу, используя солнечный свет вместе с элементарной серой или сероводородом для роста.

Исследователи заметили, что P. aestuarii собирается вокруг угольного электрода. Они выделили и вырастили бактерию и установили, что она способна захватывать электроны с твёрдого электрода и использовать их для фотосинтеза.

Розовая бактерия Geobacter sulfurreducens известна своей способностью преобразовывать органические отходы в электричество в микробных топливных элементах. Она также используется для очистки окружающей среды.

G. sulfurreducens, как животные и люди, не может фотосинтезировать. Она потребляет органические соединения, такие как ацетат, и «выдыхает» углекислый газ. Известна способностью отдавать электроны на твёрдый электрод. Потребляя ацетат, она генерирует электроны, которые можно собирать в виде электричества.

Микробы объединили в лаборатории

Исследовательская группа под руководством профессора Халука Бейенала предположила, что бактерии могут помогать друг другу расти, и соединила их в лаборатории.

Учёные обнаружили, что P. aestuarii может принимать электроны, генерируемые G. sulfurreducens, и использовать их в новом типе анаэробного фотосинтеза, ранее не наблюдавшегося. Подобно работе батареи или топливного элемента, бактерии переносят электроны. Они питают друг друга для роста в условиях, когда ни одна из них не могла бы расти самостоятельно.

Экологически значимые последствия

С экологической точки зрения, эта новая форма метаболизма может играть важную роль в круговороте углерода в бескислородных зонах плохо перемешиваемых пресноводных озёр. Она также может открыть новые возможности для инженерии микробных сообществ для очистки отходов и производства биоэнергии.

«Мы считаем, что это может быть распространённый биоэлектрохимический процесс в природе», — сказал Бейенал, чья команда работает над лучшим пониманием механизма переноса электронов.