Delftia acidovorans что это
Бактерии Delftia acidovorans выделяют вещество, способствующее биоминерализации золота
Рис. 1. Электронная микрофотография комплекса дельфтибактина с золотом. Дельфтибактин добавили к раствору солей золота за 10 минут до того, как была сделана микрофотография. На микрофотографии видны коллоидные частицы золота (синяя стрелочка) и октаэдрические частицы золота (красная стрелочка), образовавшиеся под действием дельфтибактина. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
Группа канадских ученых обнаружила новый механизм нейтрализации бактериями токсичных для них ионов золота. Оказалось, что бактерии Delftia acidovorans, обитающие на поверхности золотых самородков, выделяют специальное вещество, переводящее ионы золота из раствора в частицы металлического золота. Это вещество — пептид дельфтибактин — избирательно связывается с ионами золота даже если в среде обитания бактерий много ионов других металлов. В отличие от своих собратьев по среде обитания — бактерий Cupriavidus metallidurans, которые нейтрализуют ионы золота, накапливая его внутри клетки, бактерии Delftia acidovorans выделяют дельфтибактин во внешнюю среду, в результате чего золото образуется вне клетки.
Микроорганизмы приспособились к существованию в практически любых условиях, встречающихся на нашей планете. При этом многие из них не просто «терпят» неблагоприятную среду, а «подстраивают» ее под себя. Для этого они выделяют во внешнюю среду специальные вещества (так называемые вторичные метаболиты), чтобы воздействовать на нее и сделать ее более комфортной. Иногда такие вещества могут оказаться полезными и для человека. Хороший пример — антибиотики, которые синтезируются многими микроорганизмами, чтобы избавляться от конкурентов, претендующих на ценные ресурсы. Многие из этих природных соединений нашли применение в медицине в качестве антибактериальных агентов.
При исследовании организмов, населяющих экстремальные для жизни местообитания (экстремофилов), ученых прежде всего интересуют механизмы приспособления этих организмов к условиям внешней среды. Например, благодаря открытию термофильных бактерий Thermus aquaticus, обитающих в горячих источниках при температурах выше 55°C, биологи добавили в свой арсенал ДНК-полимеразу из этого организма, способную работать при высоких температурах (до 96°C). Теперь этот фермент имеется в любой биологической лаборатории, поскольку он незаменим для ПЦР — реакции, позволяющей синтезировать большое количество копий определенной ДНК.
Говоря о биоминерализации, учёные имеют в виду способность живых организмов к образованию минералов, причём слово «минерал» в данном контексте понимается достаточно широко (см. обзор: Steve Weiner, Patricia M. Dove. An Overview of Biomineralization Processes and the Problem of the Vital Effect, PDF, 1,58 Мб). Биоминерализация — это в том числе биогенное образование самородков, металлических руд и т. п. В последние годы появилось много интересных исследований в этой области, что отчасти связано с развитием микроскопических методов. Учёные увидели, что многие руды содержат в себе остатки клеток бактерий (см.: Wang et al., 2011. Molecular biomineralization: toward an understanding of the biogenic origin of polymetallic nodules, seamount crusts, and hydrothermal vents), что может говорить о биогенном происхождении этих руд (месторождений никеля, меди и т. п.) (см. также новость Месторождения цинка возникли благодаря бактериям, «Элементы», 19.06.07). А на поверхности многих руд и самородков были обнаружены растущие бактериальные плёнки.
Рис. 2. i — бактерии Delftia acidovorans, ii — бактерии Delftia acidovorans с «выключеннымы» генами NRPS(нерибосомных пептид-синтетаз), iii — бактерии Cupriavidus metallidurans. Темный осадок нерастворимого золота образовался только вокруг бактерий Delftia acidovorans с работающими генами NRPS. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
Другой вид, живущий на золоте, — грамотрицательная бактерия Delftia acidovorans, — до сих пор был практически не исследован и механизм его защиты от избытка ионов золота не был известен даже в общих чертах. Изучением этого загадочного микроорганизма и занялись канадские ученые из Университета Западной Онтарио и Университета Макмастера.
Поскольку оказалось, что Delftia acidovorans восстанавливает золото снаружи своих клеток, исследователи предположили, что для этих целей бактерия выделяет во внешнюю среду какое-то специальное вещество. Необходимо было выявить гены Delftia acidovorans, ответственные за синтез этого вещества. Важной зацепкой служило то, что у Cupriavidus metallidurans, которая восстанавливает золото внутри своих клеток и потому не выделяет для этой цели специальных веществ наружу, таких генов быть не должно было.
Как правило, для «настройки» условий внешней среды бактерии используют низкомолекулярные вещества особой структуры — либо поликетиды, либо нерибосомные пептиды. Полекитеды — это сложные органические вещества, которые синтезируются специальными ферментами из небольших молекул органических кислот. Нерибосомные пептиды, в отличие от обычных пептидов, синтезируются, как это ясно из названия, не рибосомами, а особыми ферментами, каждый из которых может синтезировать только один тип пептида.
Предположив, что соединение, восстанавливающее золото, у Delftia acidovorans относится к одному из этих типов химических веществ, исследователи начали поиск генов, кодирующих ферменты для их синтеза. С помощью компьютерного анализа генома Delftia acidovorans ученым удалось выявить кластер генов, которые могли кодировать ферменты для синтеза поликетидов или ферменты для синтеза нерибосомных пептидов. Чтобы выявить, действительно ли эти гены имеют отношение к восстановлению золота, исследователи «выключали» их работу путем вставок небольших фрагментов ДНК в последовательность гена.
Обнаружилось, что после «отключения» одного из генов, кодирующих нерибосомную пептид-синтетазу, — этот ген назвали delG — бактерии перестают образовывать вокруг себя осадок нерастворимого золота, даже если ионов золота вокруг них очень много. Значит, именно этот пептид, который обычно образовывался при нормальной работе гена, кодирующего пептид-синтетазу, и восстанавливал золото вокруг бактерий. Таким образом исследователи открыли ген, защищающий бактерии Delftia acidovorans от избытка ионов золота. При нормальной работе этого гена образуется нерибосомная пептид-синтетеза — фермент, который синтезирует пептид, выделяющийся из бактерии и переводящий золото вокруг нее в нерастворимую безвредную форму.
Рис. 3. Структурная формула молекулы дельфтибактина. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
Сравнив содержание экстрактов из бактерий с «выключенным» и «включенным» геном delG, исследователи выявили пептид, который отсутствует у первых и присутствует в значительных концентрациях у вторых. После выделения и очистки этого пептида его структуру удалось установить методами масс-спектрометрии и ЯМР. Пептид получил название дельфтибактин (delftibactin, рис. 3).
Чтобы подтвердить защитную функцию найденного пептида, исследователи вырастили бактерии с «выключенными» генами delG, добавили раствор солей золота, а также дельфтибактин. При избытке солей золота в среде рост бактерий подавлялся, но через некоторое время после добавления дельфтибактина нормальный рост бактерий восстанавливался, что говорило о том, что токсическое воздействие ионов золота устранено.
Рис. 4. Образование золотых осадков под действие дельфтибактина. В пробирках в левом ряду содержался раствор AuCl3 (в концентрации 10 миллимоль/л), дельфтибактина не было. В среднем ряду — раствор соли золота той же концентрации и раствор дельфтибактина (5 миллимоль/л). В правом ряду — соли золота и дельфтибактин присутствуют в тех же концентрациях, и к тому же добавлена соль железа FeCl3 в концентрации 5 миллимоль/л. Длина масштабной линейки — 20 мм. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
Авторы изучили свойства этого интересного пептида. Выяснилось, что он способен работать в присутствии солей других металлов, помимо золота (рис. 4). Дельфтибактин успешно работает при высоких концентрациях ионов железа, причем восстанавливает в таких условиях преимущественно золото. Специфичность достигается благодаря тому, что дельфтибактин образует комплексы с ионами металлов, и именно под размер иона золота он «подходит» лучше всего.
Рис. 5. Осаждение золота чистым дельфтибактином (средний столбец) и комплексом галлий-дельфтибактин (правый столбец). Видно, что если дельфтибактин уже связан с галлием, то восстанавливать золото он уже практически не способен. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье.
С помощью ЯМР-анализа была установлена структура комплексов дельфтибактина с ионами металлов (роль ионов металла выполняли ионы галлия; золото нельзя было использовать, так как с ним дельфтибактин быстро соосаждается, и образуется много нерастворимого материала, что существенно затруднило бы анализ методом ЯМР). Комплексы дельфтибактина с галлием (рис. 6) осаждали золото на порядок хуже, чем чистый дельфтибактин (рис. 5), что подтверждало гипотезу о том, что галлий связывается с теми же группами дельфтибактина, с которыми могло бы связаться золото, и что структура комплексов дельфтибактина с этими двумя металлами сходная. При образовании комплекса с ионом металла молекула дельфтибактина изгибается и связывается с ионом при помощи сразу нескольких боковых групп. После того, как ион связался с молекулой дельфтибактина, может происходить его восстановление. Оставалось выяснить, по какому механизму оно происходит.
Рис. 6. Комплекс дельфтибактина с ионом галлия. При установлении структуры комплекса галлий использовался вместо золота, для того, чтобы не происходило соосаждения золота и дельфтибактина и не образовывалось нерастворимого материала. Однако, установлено, что комплекс дельфтибактина с ионом золота имеет такую же структуру, как комплекс с ионом галлия. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
При исследовании различных вариантов дельфтибактина из разных штаммов Delftia acidovorans исследователи обнаружили вариант, отличающийся от основного наличием дополнительной метильной группы у одного из центров связывания металла (этот вариант назвали дельфтибактин В). От наиболее распространенного дельфтибактина А этот вариант отличался пониженной реакционной способностью. Эта находка выявила, какая из частей молекулы дельфтибактина восстанавливает золото. Авторы предположили, что восстановление происходит посредством окислительного декарбоксилирования — это объясняет, почему молекула с более реакционноспособной формамидной группой лучше восстанавливает золото, чем молекула с ацетамидной группой (рис. 7).
Рис. 7. Дельфтибактин А (вверху) и дельфтибактин В (внизу). Дельфтибактин В менее эффективно восстанавливает золото из-за наличия обозначенной красным метильной группы, поскольку карбонильная группа рядом с ней в таком случае менее реакционноспособна. Рисунок из дополнительный материалов к обсуждаемой статье.
Авторы данного исследования прошли большой путь от полного незнания того, как Delftia acidovorans защищается от избытка ионов золота в окружающей среде, до открытия соединения, осаждающего золото, и выяснения механизма работы этого соединения. Дельфтибактин — первый обнаруженный секретируемый метаболит, который защищает бактерий от растворимого золота и способствует его биоминерализации (рис. 1). Авторы отмечают, что найденное соединение осаждает золото из раствора его солей намного быстрее и эффективнее, чем известные ранее соединения с подобными свойствами (например, цитрат), и надеются, что их открытие найдет практические применения.
Источник: Chad W. Johnston, Morgan A. Wyatt, Xiang Li, Ashraf Ibrahim, Jeremiah Shuster, Gordon Southam & Nathan A. Magarvey. Gold biomineralization by a metallophore from a gold-associated microbe // Nature Chemical Biology. Published online 03 February 2013. Doi:10.1038/nchembio.1179
Бактерии, синтезирующие наночастицы золота, можно использовать как биосенсоры золотоносных ручьев
Коллоидные растворы золота и серебра могут иметь самые разные цвета
По легенде, фригийский царь Мидас обладал даром превращать все, к чему прикасается, в золото. Этот дар он получил в подарок от бога Диониса за то, что спас его учителя. Правда, после этого царь был не в восторге: в золото превращались также его еда и питье, так что замечательная способность была пагубной (он в результате от нее и отказался). Однако теперь
ученые обнаружили «Мидас-бактерии», для которых способность к обращению вещества вокруг себя в золото не только не пагубна, но даже полезна и жизненно необходима.
Речь идет о бактериях Delftia acidovorans. Они живут в тонких пленках, которые формируются на поверхности золотых отложений. Металлическое золото, как известно, крайне химически неактивно (за что и считается «благородным» металлом, одна из немногих сред, растворяющих его — царская водка, смесь азотной и соляной кислот), чего не скажешь об ионах золота. Они и представляют опасность для бактерий: микроорганизмы погибают при контакте с ними.
Чтобы защитить себя, бактерии «разработали» собственную систему детоксикации среды: ионы золота они переводят в безопасные для себя наночастицы золота.
Работа, в которой рассказывается об этом механизме самозащиты бактерий, опубликована учеными из Макмастерского университета в Гамильтоне (провинция Онтарио, Канада) в журнале Nature Chemical Biology.
«Эти бактерии обладают потенциалом использования в золотоизвлечении. Можно использовать как сами бактериальные клетки, так и вещество, которое они выделяют», — полагает Натан Магарвей, руководивший исследованием.
Он считает, что таким образом можно не только выделять растворенное золото, но и создать сенсоры, которые будут определять золотоносные ручьи и реки.
Защиту от ионов золота бактерии обеспечивает специальный белок, получивший название дельфтибактин А. Микроорганизм выделяет его в окружающую среду, когда «чувствует» присутствие ионов золота. Белок восстанавливает ионы до металлического золота, которое собирается в наночастицы размерами 25–50 нм. По мере роста бактерии вокруг нее образуются «очаги» золота.
Ученым удалось подтвердить важность этого механизма для защиты бактерий с помощью генной инженерии.
Когда ген, кодирующий дельфтибактин А, искусственно выключили, бактерии погибали в среде хлорида золота. А добавление туда белка извне спасало ситуацию.
Бактерии, изученные Магарвеем и его коллегами, принадлежат к одному из двух видов, живущих в золотых средах. И те и другие открыли около десяти лет назад в группе Фрэнка Рейта из Университета Аделаиды (Австралия). В 2009 году Рейт обнаружил, что
второй вид бактерий — Cupriavidus metallidurans (для него ионы золота тоже смертоносны), выживает с помощью несколько более рискованной стратегии: ионы золота переводятся в металлическое состояние внутри клеток, а не вне, как в случае Delftia acidovorans.
«Если дельфтибактин селективен по золоту, он может быть полезен для выделения золота или как биосенсор. Но трудно сказать, сколько золота он может обнаруживать и перерабатывать», — отметил Рейт.
Интересно, что наночастицы золота из-за малого размера выглядят совсем не так, как большие частицы. В частности, вода, насыщенная ими, совсем не выглядит как золотой поток — ее цвет ярко-фиолетовый.
Delftia acidovorans что это
Группа канадских ученых обнаружила новый механизм нейтрализации бактериями токсичных для них ионов золота. Оказалось, что бактерии Delftia acidovorans, обитающие на поверхности золотых самородков, выделяют специальное вещество, переводящее ионы золота из раствора в частицы металлического золота. Это вещество — пептид дельфтибактин — избирательно связывается с ионами золота даже если в среде обитания бактерий много ионов других металлов. В отличие от своих собратьев по среде обитания — бактерий Cupriavidus metallidurans, которые нейтрализуют ионы золота, накапливая его внутри клетки, бактерии Delftia acidovorans выделяют дельфтибактин во внешнюю среду, в результате чего золото образуется вне клетки. 
Рис. 1. Электронная микрофотография комплекса дельфтибактина с золотом. Дельфтибактин добавили к раствору солей золота за 10 минут до того, как была сделана микрофотография. На микрофотографии видны коллоидные частицы золота (синяя стрелочка) и октаэдрические частицы золота (красная стрелочка), образовавшиеся под действием дельфтибактина. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemical Biology
Микроорганизмы приспособились к существованию в практически любых условиях, встречающихся на нашей планете. При этом многие из них не просто «терпят» неблагоприятную среду, а «подстраивают» ее под себя. Для этого они выделяют во внешнюю среду специальные вещества (так называемые вторичные метаболиты), чтобы воздействовать на нее и сделать ее более комфортной. Иногда такие вещества могут оказаться полезными и для человека. Хороший пример — антибиотики, которые синтезируются многими микроорганизмами, чтобы избавляться от конкурентов, претендующих на ценные ресурсы. Многие из этих природных соединений нашли применение в медицине в качестве антибактериальных агентов.
При исследовании организмов, населяющих экстремальные для жизни местообитания (экстремофилов), ученых прежде всего интересуют механизмы приспособления этих организмов к условиям внешней среды. Например, благодаря открытию термофильных бактерий Thermus aquaticus, обитающих в горячих источниках при температурах выше 55°C, биологи добавили в свой арсенал ДНК-полимеразу из этого организма, способную работать при высоких температурах (до 96°C). Теперь этот фермент имеется в любой биологической лаборатории, поскольку он незаменим для ПЦР — реакции, позволяющей синтезировать большое количество копий определенной ДНК.
Экстремофилы, способные обитать в окружающей среде с высокими концентрациями тяжелых металлов и их солей, называются металлотолерантными организмами. Для бактерий, населяющих поверхность золотых самородков, характерным условием среды является высокая концентрация ионов золота Au3+, которые токсичны для живых организмов. Поэтому каждый вид таких бактерий обладает механизмом защиты от присутствующих в больших количествах токсичных ионов золота. Так, для грамотрицательной бактерии Cupriavidus metallidurans, одного из двух преобладающих видов микроорганизмов в биопленках на золоте, механизм защиты уже был известен: эти организмы поглощают ионы Au3+ и обезвреживают их, превращая в нетоксичное нерастворимое золото, гранулы которого накапливаются в цитоплазме бактерии (то есть происходит его биоминерализация).
ru.knowledgr.com
Delftia acidovorans является Gram-отрицательным, подвижным, не спорулирующим, придаткообразным терием, известным своей способностью биоминерализовать золото и характеристики биоремедиации. Впервые был выделен из почвы в Делфте, Нидерланды. Первоначально terium был классифицирован как acidovorans Psuedamonas и acidovorans Comamonas, а затем был переклассифицирован как acidovorans Delftia.
История
Delftia acidovorans первоначально был известен как Comamonas acidovorans. Он был переименован из-за связи с rRNA и отличий от других микробов в семействе Comamonadaceae. Эти различия денентируются филогенетическими и фенотипическими данными. Новое название, Delftia acidovorans, является отсылкой к городу Делфт, где он был впервые обнаружен и записан.
Биология и биохимия
Тип и морфология
Штраины и филогены
Delftia acidovorans существует в составе рода Betaproteobacteria в составе семейства Comamonadaceae. Штаммы D. acidovorans SPH1, ATCC 1 15668 и Cs 1-4 тесно связаны. В то время как штаммы CUG 247B и CUG 15835 принадлежат ацидоворанам Delftia, они более похожи на Delftia tsur atensis. CUG 247B и CUG 15835 часто содержат D. tsur atensis, а не D. acidovorans.
Метабсм
D. acidovorans является мезофилическим и оптимальная температура роста составляет 30 ° C. Он не будет в психрофильных условиях. D. acidovorans является негалогенофилом, который предокружает минимальную концентрацию соли для роста. Штаммы D. acidovorans Cs1-4 и SPH-1 являются аэробными териями.
В качестве источника углерода D.acidovorans strins Cs1-4 и SPH-1 могут использоваться фенантрен, пируват, ванилат, сукцинат, муравьиная кислота, глюконовая кислота, гидроксибутовая кислота, молочная кислота и пропионовая кислота. D. acidovorans не продуцирует уреазу, является каталазой и оксидазположительной, и окисляет фруктозу и итол
Биоминерализация
D. acidovorans является одной из немногих teria, наряду с Cupria s met durans, которые могут метабозировать золото. Au3 + восстанавливается внеклеточно небосомным вторичным метабом дельфтибактином. Дельфтибактин является уникальным метабитом, так как он может защитить терии от токсичности золота, а также уменьшить ионы золота до твердой формы. Дельфтибактин может удалять золото из сгустков, содержащих морскую воду и карбонат кальция, а также способен возвращать золото из электронных отходов. Методы биогидрометаллургии с использованием D. acidovorans улучшают рентабельность переработки и являются устойчивыми альтернативными выщелачиванию цианидов. Свинец также можно из выброшенной электроники с D. acidovorans. Попытки экспрессию дельфтибактина в Escherichia coli были безуспешными из-за токсичности белка DelH.
Биоремедиация и биоманактерия
D. acidovorans способен превращать токсичные металлы, такие как селен и ионы хрома, в безвредные продукты. Он также может дегазировать фенантрен, который является источником углерода из полицилических ароматических гидрокарбонов (ПАУ). Фенантрен является распространенным загрязнителем окружающей среды.
D. acidovorans может использоваться для изготовления полигидроксиалканоатов (PHA). PHA являются благоприятной альтернативой традиционному пластиковому оборудованию, используемому в медицинских условиях. Традиционное производство пластика потребляет ресурсы и загрязняет окружающую среду, в то время как производство PHA через D. acidovorans является более устойчивым решением.
Роль в болезнях
Инфекции D. acidovorans могут быть подтверждены с помощью оранжевого индольного теста. Антибиотическая устойчивость к аминогликозидам распространена.
Канадские химики научились превращать воду в золото
Фото из открытых источников
Группа исследователей из Канады раскрыла секрет кристаллизации золота в воде. Ученые обнаружили бактерию Delfitia, благодаря которой в воде с растворенным золотом происходит реакция и образуется драгоценный металл.
Ученые сообщают, что микроорганизм, чтобы выжить (золото в растворенном состоянии чрезвычайно токсично), защищает себя особой молекулой, которую сам же и выделяет. Кроме того, что эта молекула расщепляет ядовитые ионы, она еще и выполняет главную функцию – кристаллизацию золота.
Впрочем, это не значит, что ученые изобрели жидкий «философский камень». Один из авторов исследования, Натан Марагвей подчеркнул, что эксперимент не гарантирует ученым возможность «выращивания» золота в пробирке. Впрочем, он добавил, что это «теоретически возможно».
В любой воде содержится незначительное количество ионов золота, которые в теории можно было бы выделить и собрать в более-менее полноценный слиток. Сделать это очень сложно. Однако бактерия, которую изучают микробиологи Канады, знает один природный трюк, позволяющий ей буквально жить на кусках драгоценного металла.
Ионы золота присутствуют в морской и водопроводной, канализационной воде, в отходах горнодобывающей промышленности. Их всего-то несколько частиц на триллион. Они легко реагируют с различными химическими веществами, из-за чего их достаточно сложно перевести в стабильную форму, характерную для отливающим красивым жёлтым светом слитков.
Впрочем, бактерия Delftia acidovorans знает, как превратить отдельные ионы в самородки. Для этого микроорганизм использует делфтибактин (delftibactin) – вещество, заставляющее золото осаждаться из раствора. Бактерии таким образом создают себе безопасные условия жизни (ионы больше не угрожают их клеткам) и приятный золотой дом, о котором многие могли бы только мечтать.
Тут, правда, стоит заметить, что воды понадобится очень много. Кроме того, вещество, создаваемое бактериями, с не меньшей охотой вытягивает из воды ионы железа. А это означает, что биологи на выходе могут получить самородки железа с примесью золота.
Как бы то ни было, достижение учёных Канады можно будет использовать для очистки сточных вод, которые, как известно, содержат чуть ли не всю таблицу Менделеева, и для выделения золота из отходов горнодобывающей промышленности. Делфтибактин также может пригодиться для создания катализаторов в виде золотых частиц, которые необходимы для ускорения многих химических реакций.
Добавим, что в выделении золота из воды подозревают ещё один вид бактерий, ныне исследуемый микробиологами из университета Аделаиды (University of Adelaide). Представителей вида Cupriavidus metallidurans учёные обнаружили в биоплёнках на самородках золота, которые были найдены на расстоянии нескольких тысяч километров друг от друга. Эти микроорганизмы накапливают инертные наночастицы золота внутри своих клеток, также избавляя себя от опасного, растворённого в окружающей воде золота.