التراكيز العالية من المعادن الثقيلة، مثل النحاس والذهب سامة لمعظم الكائنات الحية. والحال ليس كذلك بالنسبة لبكتيريا C. metallidurans  التي وجدت وسيلة لاستخراج العناصر النادرة القيمة من مركب من المعادن الثقيلة دون أن تتسمم. أحد الآثار الجانبية المثيرة للاهتمام: تكوين كتل ذهبية صغيرة.

اكتشف فريق من الباحثين من جامعة مارتن لوثر هالي-فيتنبرغ (MLU)، وجامعة ميونيخ التقنية (TUM) وجامعة أديلايد في أستراليا العمليات الجزيئية التي تحدث داخل البكتيريا. قدمت المجموعة النتائج التي توصلت إليها في مجلة ميتالوميكس الشهيرة، التي نشرتها الجمعية الملكية للكيمياء..

البكتيريا عصوية الشكل C. metallidurans تعيش في الأصل في التربة الغنية بالمعادن الثقيلة ، مع مرور بعض الوقت تتحلل العناصر في التربة وتُحرر المعادن الثقيلة السامة والهيدروجين إلى البيئة “وبصرف النظر عن المعادن الثقيلة السامة، فالظروف المعيشية في هذه التربة ليست سيئة، هناك ما يكفي من الهيدروجين للحفاظ على الطاقة وتقريبًا لا يوجد منافسة مع كائنات أخرى، وإذا اختار الكائن الحي البقاء على قيد الحياة هنا، يجب عليه أن يجد طريقة لحماية نفسه من هذه المواد السامة.

ويوضح ذلك البروفيسور ديتريش نيس، عالم الأحياء الدقيقة في (MLU). مع نظيره الأسترالي البروفيسور فرانك رايث من جامعة أديلايد، الذي استطاع أن يثبت في عام 2009 أن بكتيريا C. metallidurans قادرة على ترسيب الذهب بيولوجيًا. أما لماذا تفعل ذلك، والعمليات الدقيقة لذلك بقيت غير معروفة. والآن، أصبح الباحثون أخيراً قادرين على حل الغموض.

حيث يدخل الذهب البكتيريا بنفس طريقة النحاس، النحاس هو عنصر النزرة الحيوية ل C. metallidurans ( أي يحتاجه الكائن بكمية قليلة ) لكنه سام بكميات كبيرة. عندما تحتك جزيئات النحاس والذهب مع البكتيريا، تحدث مجموعة من العمليات الكيميائية: يتم تحويل النحاس، الذي يوجد عادة في شكل يصعب دخوله، إلى شكل أسهل بكثير لدخوله للبكتريا  وبالتالي  قادر على الوصول إلى المناطق الداخلية من الخلية البكتيرية. نفس الشيء يحدث أيضًا لمركبات الذهب.

عندما يتراكم الكثير من النحاس داخل البكتيريا، في العادة يتم إخراجه خارج الخلية بواسطة إنزيم CupA.

ويقول ديتريش نيس “لكن، عندما تكون مركبات الذهب موجودة أيضًا، يتم تثبيط الإنزيم وتظل المركبات السامة من النحاس والذهب داخل الخلية، والنحاس والذهب مجتمعة هي في الواقع أكثر سمية من وجودها بمفردها “.

لحل هذه المشكلة، تُنشط البكتيريا إنزيم آخر هو  CopA. يُحول هذا الإنزيم مركبات النحاس والذهب إلى أصلها في أشكال صعبة الامتصاص. ويقول نيس “وهذا يضمن دخول عدد أقل من مركبات النحاس والذهب إلى المنطقة الخلوية الداخلية ، وتسمم أقل للبكتيريا والإنزيم الذي يضخ النحاس للخارج يمكنه التخلص من النحاس الزائد دون عوائق. والنتيجة الأخرى: مركبات الذهب التي يصعب امتصاصها تتحول في المنطقة الخارجية للخلية إلى كتل ذهبية غير مضرة حجمها فقط بضعة نانومترات ”

صورة أخرى لكتل الذهب الصغيرة. ( جامعة ميونيخ التقنية )

في الطبيعة، C. metallidurans تلعب دورا رئيسيًا في تشكيل ما يسمى الذهب الثانوي، الذي يظهر بعد انهيار خامات الذهب القديمة التي تم إنشاؤها جيولوجياً. حيث تحول جزيئات الذهب السامة التي تشكلها عملية التجوية إلى جزيئات ذهب غير ضارة، وبالتالي إنتاج الكتل الذهبية الصغيرة.

وتُقدم الدراسة التي أجراها فريق البحث الألماني الأسترالي المشترك نظرة هامة في النصف الثاني من دورة الذهب الجيوكيميائية الحيوية. هنا، يتم تحويل الذهب الأولي بواسطة بكتيريا أخرى إلى مركبات الذهب السامة المتحولة ، والتي تتحول مرة أخرى إلى الذهب المعدني الثانوي في النصف الثاني من الدورة. وبمجرد فهم الدورة بكاملها، يمكن أيضًا إنتاج الذهب من خامات تحتوي على نسبة مئوية صغيرة فقط من الذهب دون الحاجة إلى روابط زئبقية سامة كما كان الحال سابقًا.

ترجمة : خلود الشريف

Twitter: @kkoloud

مراجعة: سلمى سلمان

Twitter: @salmasalman7

المصدر :

M.PHYS: Bacteria produce gold by digesting toxic metals