Войти
| Geobacter | |
|---|---|
 | |
| Geobacter surreducens | |
| Научная классификация | |
| Царство: | Бактерии |
| Тип: | Proteobacteria |
| Класс: | Deltaproteobacteria |
| Порядок: | Desulfuromonadales |
| Семейство: | Geobacteraceae |
| Род: | Geobacter |
| Вид | |
G. anodireducens. G. argillaceus. G. bemidjiensis. Г. bremensis. G. chapellei. Г. daltonii... Г. lovleyi.. Г. Metallireducens... G. Psychrophilus.. Г. Sulfurreducens. G. thiogenes. G. toluenoxydans. G. uraniireducens | |
Geobacter - это род Proteobacteria. Виды Geobacter - это виды бактерий с анаэробным дыханием, обладающие способностями, которые делают их полезными для биоремедиации. Было обнаружено, что Geobacter является первым организмом, способным окислять органические соединения и металлы, включая железо, радиоактивные металлы и нефтяные соединения, в экологически безвредный диоксид углерода при использовании железа. оксид или другие доступные металлы в качестве акцепторов электронов. Также обнаружено, что виды Geobacter способны дышать на графитовом электроде. Они были обнаружены в анаэробных условиях в почвах и водных отложениях.
Geobacter Metallireducens был впервые выделен Дереком Ловли в 1987 г. в песчаных отложениях из реки Потомак в Вашингтоне, округ Колумбия. Первым штаммом был признан штамм GS-15.
В течение некоторого времени считалось, что Виды Geobacter не содержали с- цитохромов, которые можно было бы использовать для восстановления ионов металлов, поэтому предполагалось, что им требуется прямой физический контакт, чтобы использовать ионы металлов в качестве концевых акцепторов электронов (TEA). Открытие высокопроводящих пилей у видов Geobacter и предложение использовать их в качестве биологических нанопроволок еще больше укрепили эту точку зрения. Тем не менее, недавние открытия показали, что многие виды Geobacter, такие как Geobacter uraniireducens, не только не обладают высокопроводящими пилами, но также не нуждаются в прямом физическом контакте для использования ионов металлов в качестве TEA, что предполагает что существует большое разнообразие внеклеточных механизмов переноса электронов среди видов Geobacter. Например, еще один способ транспортировки электронов - это электронный челнок, опосредованный хиноном, который наблюдается в Geobacter surreducens.
. Другой наблюдаемый метаболический феномен - это сотрудничество между видами Geobacter , в котором несколько видов сотрудничают в метаболизме смеси химических веществ, которые ни один из них не может обработать в одиночку. Обладая этанолом и фумаратом натрия, G. Metallireducens разрушил этанол, образуя избыток электронов, которые были переданы G. serreducens через "" нанопроволоки ", выросшие между ними, позволяя G. serreducens разрушать ионы фумарата. Нанопроволоки состоят из белков с металлической проводимостью.
Способность Geobacter поглощать загрязняющие вещества на нефтяной основе и радиоактивные материалы с углеродом диоксид в качестве побочного продукта отходов использовался при очистке окружающей среды от подземных разливов нефти и для осаждения урана из подземных вод. Geobacter разлагает материал, создавая электропроводящие пили между собой и загрязняющим материалом, используя его в качестве источника электронов.
Микробное биоразложение устойчивых органических загрязнителей имеет большое значение экологическое значение и включает в себя новые интригующие биохимические реакции. В частности, углеводороды и галогенированные соединения долгое время подвергались сомнению как анаэробно разлагаемые, но выделение до сих пор неизвестных анаэробных разлагающих углеводороды и восстановительно дегалогенирующих бактерий задокументировало это процессы в природе. Были обнаружены новые биохимические реакции, активирующие соответствующие метаболические пути, но прогресс в молекулярном понимании этих бактерий замедлился из-за отсутствия генетических систем для большинства из них. Однако позже для таких бактерий стало доступно несколько полных последовательностей генома. Геном разновидностей G. Metallireducens, разлагающих углеводороды и восстанавливающих железо (регистрационный номер NC_007517), был определен в 2008 году. Геном выявил наличие генов редуктивных дегалогеназ, что свидетельствует о широком спектре дегалогенирования. Более того, последовательности генома позволили понять эволюцию восстановительного дегалогенирования и различные стратегии адаптации ниши.
Виды Geobacter часто являются преобладающими организмами, когда внеклеточный перенос электронов является важным биоремедиацией процесс в подземных средах. Поэтому был инициирован подход системной биологии к пониманию и оптимизации биоремедиации с использованием видов Geobacter с конечной целью разработки моделей in silico, которые могут предсказывать рост и метаболизм видов Geobacter в разнообразных подземных условиях. Секвенированы геномы нескольких видов Geobacter. Подробные функциональные геномные / физиологические исследования были проведены на одном из видов, G. serreducens. Доступны модели на основе генома нескольких видов Geobacter, которые способны предсказывать физиологические реакции в различных условиях окружающей среды. Количественный анализ уровней транскриптов генов во время биоремедиации in situ урана показал, что можно отслеживать скорость метаболизма in situ и метаболическое состояние Geobacter in situ в недрах.
Многие виды Geobacter, такие как G. sulfureducens, способны создавать толстые сети биопленок на анодах микробных топливных элементов для внеклеточного переноса электронов. Цитохромы внутри биопленки связываются с пилами, образуя внеклеточные структуры, называемые нанопроволочками, которые способствуют внеклеточному переносу электронов по биопленке. Эти цитохромы принимают электроны от микроорганизмов, а также от других восстановленных цитохромов, присутствующих в биопленке.
Электрические токи возникают, когда перенос этих электронов на аноды сочетается с окислением внутриклеточных органических отходов. Предыдущие исследования показали, что высокая проводимость биопленок Geobacter может быть использована для питания микробных топливных элементов и выработки электроэнергии из органических отходов. В частности, G. sulfureducens удерживает один из самых высоких рекордов по плотности тока микробных топливных элементов, которую исследователи когда-либо могли измерить in vitro. Эта способность может быть объяснена проводимостью биопленки, поскольку было обнаружено, что высокопроводящие биопленки положительно коррелируют с высокой плотностью тока в микробных топливных элементах.
В настоящее время разработка микробных топливных элементов для целей выработки энергии продолжается. частично ограничено его неэффективностью по сравнению с другими источниками энергии и недостаточным пониманием внеклеточного переноса электронов. Таким образом, многие исследователи в настоящее время изучают, как мы можем использовать проводимость биопленки в наших интересах для получения еще более высоких плотностей тока. Было обнаружено, что среда с низким pH изменяет окислительно-восстановительные потенциалы, тем самым подавляя перенос электронов от микроорганизмов к цитохромам. Кроме того, было обнаружено, что биопленки становятся менее проводящими при понижении температуры, хотя повторное повышение температуры может восстановить проводимость биопленки без каких-либо побочных эффектов. Было обнаружено, что наличие пилей или жгутиков у видов Geobacter увеличивает генерацию электрического тока, обеспечивая более эффективный перенос электронов. Эти различные факторы можно настроить для получения максимального количества электроэнергии и оптимизации биоремедиации в будущем.
В исследовании Amhearst Массачусетского университета в нейроморфном транзисторе памяти (мемристоре) использовалась биопленка Geobacter. нарезать тонкие нити нанопроволоки. Нити нанопроволоки проводят низкое напряжение, подобное напряжению нейронов человеческого мозга. В статье, написанной в соавторстве с Дереком Лавли, Джун Яо заметил, что его команда может «модулировать проводимость или пластичность синапса нанопроволока-мемристор, чтобы он мог имитировать биологические компоненты для мозговых вычислений…». Прорыв произошел, когда они контролировали активность напряжения на уровне ниже 1 В.
Геобактер стал символом обучения микробным электрогенезу и микробным топливным элементам и появился в учебных наборах, доступных для студенты и любители. У рода даже есть своя плюшевая игрушка. Geobacter также используется для выработки электроэнергии через электродную сеть в Амазонии, Перу.
