mardi 24 novembre 2015

La double vie d'une bactérie: Vivre de fer et l'électricité pur

Des chercheurs du Centre pour la science RIKEN durable des ressources et l'Université de Tokyo ont montré que la bactérie Acidithiobacillus ferrooxidans peut prendre électrons nécessaires à la croissance directement à partir d'une source d'alimentation de l'électrode quand le fer - sa source déjà connu de l'énergie - est absent. L'étude, publiée dans Frontiers in Microbiology, montre que A. ferrooxidans peuvent utiliser l'absorption directe d'électrons d'une électrode pour alimenter la même voie métabolique qui est activé par l'oxydation des ions de fer diffusables.
Tout comme les plantes avec la chlorophylle utilisation photosynthèse pour convertir l'énergie de la lumière en sucres nécessaires à la croissance, d'autres organismes - comme des animaux - gagnent de l'énergie pour la fabrication de sucres en prenant des électrons à partir de substances dans leurs milieux environnants - un processus appelé chimiosynthèse. Les organismes qui tirent leur énergie de cette manière sont appelés chemotrophs, et ceux qui obtiennent leurs électrons à travers l'oxydation des substances inorganiques sont appelés chemolithoautotrophs. Phototrophs et chemotrophs constituent deux écosystèmes interconnectés.
«Nous étudions la possibilité d'un troisième type d'écosystème», explique le responsable du groupe Ryuhei Nakamura. "Nous appelons cela l'électro-écosystème parce que l'activité microbienne est soutenue principalement par un courant électrique continu."
Récemment, son équipe a découvert courants géo-électrique à travers les murs de cheminées noir-fumeurs formés par les évents hydrothermanl, ce qui suggère que certains microbes en eau profonde pourrait doubler comme un electrolithoautotrophs, les organismes qui peuvent utiliser potentiel électrique - ce qui signifie qu'ils mangent tout simplement électrons - comme une source de lumière à la place ou dans les environs substances inorganiques énergie.
Parce que l'accès à des microbes dans cet environnement est pas facile, et de vérifier leur hypothèse que la possibilité de changer les sources d'énergie à partir de substances inorganiques à l'électricité est pas unique dans le monde microbien, l'équipe a expérimenté avec A. ferrooxidans, une bactérie chimiolithoautotrophes connu pour oxyder des ions de fer (Fe2 +).
L'équipe de A. ferrooxidans cultivées dans un milieu exempt de Fe2 + et une électrode alimentée avec un potentiel électrique de 0,4 V, le dioxyde de carbone comme source de carbone et de l'oxygène comme accepteur d'électrons. Ils ont constaté que ces conditions ont créé un courant qui proviennent de l'électrode, et que l'intensité du courant dépend du nombre de cellules ont été attaché à l'électrode. Tuer les cellules avec de la lumière UV immédiatement supprimé le courant.
Pour déterminer comment ce courant a été généré, ils ont utilisé une réaction photochimique artificielle. Normalement, le monoxyde de carbone se fixe aux protéines d'hème dans A. ferrooxidans membranes externes et empêche l'oxydation. Mais, lorsqu'il est exposé à la lumière, ce lien est rompu et l'oxydation continue comme d'habitude. Lors de l'essai, du monoxyde de carbone a également empêché le courant formé entre l'électrode et les cellules de A. et exposition à la lumière inversée ce bloc et a permis au passage du courant. Ceci a suggéré que la protéine héminique est nécessaire pour l'électrosynthèse présenté par A. ferrooxidans.
Une analyse plus poussée a montré que la protéine hème responsable est le complexe de aa3 qui est connu pour jouer un rôle dans le transfert d'électrons vers le bas-colline dans A. ferrooxidans qui génère de l'ATP et le proton-motrice de la force qui permet le transfert d'électrons vers le haut et la fixation du carbone - le caractéristiques de la production de sucre. L'inhibition d'une protéine complexe qui fait partie du processus de transfert de montée supprimé le courant, montrant que le proton-Motive-forces générées ont été effectivement utilisés pour le transport jusqu'à-colline électrons. En outre, la densité optique des cellules cultivées avec l'électrode pendant huit jours a augmenté au fil du temps, ce qui indique que la croissance et le courant généré par les électrons circulant de l'électrode de cellules a été utilisé pour la fixation du carbone.
"Maintenant que nous avons identifié la voie métabolique de electrolithoautotrophs dans A. ferrooxidans, nous serons en mesure d'appliquer ces connaissances à des bactéries que nous trouvons dans l'évent de la mer profonde», dit Nakamura."La prochaine étape est de prouver l'existence de l'électro-écosystèmes dans les expériences sur site en eau profonde."
Comprendre électro-écosystèmes et comment les courants peuvent soutenir la vie électrique pourrait conduire à un plan pour les écosystèmes humains durables, en utilisant des technologies telles que les piles à combustible, batteries et convertisseurs thermoélectriques ".