Przełom w nauce. Odkryto bakterie, które wydalają złoto

Cupriavidus metallidurans Źródło: Wikipedia W świecie, w którym wydobycie surowców naturalnych wiąże się z coraz większymi kosztami środowiskowymi, naukowcy z Niemiec i Australii odkryli sposób na pozyskiwanie złota bez kopania ziemi. Przynajmniej w teorii.

Wszystko za sprawą mikroskopijnych organizmów – bakterii Cupriavidus metallidurans, które mają zdumiewającą zdolność przekształcania toksycznych metali ciężkich w drobinki szlachetnego kruszcu.

Bakterie Cupriavidus metallidurans, mające postać mikroskopijnych pałeczek, występują w środowiskach ekstremalnych – glebach i skałach bogatych w metale ciężkie, takich jak miedź czy kadm. To miejsca, które dla większości organizmów są zabójcze ze względu na wysoką toksyczność metali obecnych w glebie. A jednak C. metallidurans nie tylko tam przetrwały, ale i ewoluowały tak, by skutecznie wykorzystywać warunki, które dla innych są śmiertelne.

– Oprócz toksycznych metali ciężkich warunki życia w tych glebach nie są złe. Wystarczająca ilość wodoru pozwala zaoszczędzić energię i prawie nie ma konkurencji. Jeśli organizm zdecyduje się tu żyć, musi znaleźć sposób, aby uchronić się przed tymi toksycznymi substancjami – tłumaczy profesor Dietrich H. Nies, mikrobiolog z Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU).

Od tajemnicy do mechanizmu

Już w 2009 roku zespół naukowców kierowany przez profesora Niesa oraz profesora Franka Reitha z University of Adelaide wykazał, że C. metallidurans jest w stanie biologicznie wytwarzać złoto. Jednak choć potwierdzono wtedy, że proces faktycznie zachodzi, nie było jeszcze wiadomo, jak dokładnie to się dzieje. Tajemnica została rozwikłana dzięki wspólnym badaniom uczonych z MLU, Technische Universität München (TUM) oraz University of Adelaide, opublikowanym na łamach prestiżowego czasopisma „Metallomics”.

Zespół badawczy odkrył, że to unikalne zjawisko jest efektem wewnętrznej strategii obronnej bakterii. Związki miedzi i złota przenikają do komórek bakterii, gdzie wchodzą w niebezpieczne dla niej reakcje chemiczne. W normalnych warunkach bakteria radzi sobie z toksyczną miedzią przy pomocy enzymu zwanego CupA, który pozwala usuwać metal z komórki. Ale kiedy w otoczeniu pojawia się także złoto, sytuacja się komplikuje.

– Gdy obecne są również związki złota, enzym zostaje stłumiony, a toksyczne związki miedzi i złota pozostają w komórce – wyjaśnia profesor Nies.

W odpowiedzi na ten chemiczny atak bakteria uruchamia kolejny enzym, który badacze nazwali CopA. To właśnie on umożliwia komórce przekształcenie toksycznych związków w mniej szkodliwe formy, które nie tylko stają się łatwiejsze do usunięcia, ale również mniej zagrażają funkcjonowaniu organizmu.

– Dzięki temu mniej związków miedzi dostaje się do wnętrza komórki – dodaje Nies.

Złote drobinki jako efekt uboczny

Cały ten precyzyjny system obronny niesie jednak ze sobą zaskakujący rezultat – powstawanie mikroskopijnych cząstek złota. To właśnie jako produkt uboczny neutralizacji toksycznych pierwiastków C. metallidurans wytwarza maleńkie bryłki czystego złota o rozmiarach kilku nanometrów.

Choć ilości złota powstające w tym procesie są mikroskopijne, to ich znaczenie naukowe – i potencjalnie przemysłowe – jest ogromne. Bakterie te, żyjące w niszach ekologicznych praktycznie nieosiągalnych dla innych organizmów, nie tylko przetrwały dzięki biochemicznej finezji, ale i stworzyły unikatową możliwość pozyskiwania złota z bardzo ubogich rud.

Szansa na nowe technologie

Zrozumienie działania tych mechanizmów daje badaczom zupełnie nowe perspektywy. Wiedza o tym, jak C. metallidurans radzi sobie z metalami, może w przyszłości pozwolić na rozwój biotechnologicznych metod odzyskiwania złota z rud zawierających tylko jego śladowe ilości. To istotne, zwłaszcza że wydobycie metali szlachetnych tradycyjnymi metodami wymaga ogromnych nakładów energii i generuje znaczne zanieczyszczenia.

Jeśli uda się wykorzystać te bakterie lub ich enzymy w sposób przemysłowy, możliwe będzie stworzenie bardziej zrównoważonych i ekologicznych metod pozyskiwania metali. Dodatkowo może to mieć zastosowanie w rekultywacji terenów poprzemysłowych – bakterie potrafią bowiem nie tylko oczyszczać środowisko z toksycznych metali, ale i przekształcać je w coś o wysokiej wartości ekonomicznej.