Zvětšit obrázek

Útvary z mineralizovaného železa – dílo bakterie Mariprofundus. Kredit: Clara C. Chan, Wikimedia Commons.

Zvětšit obrázek

Zrezivělá vyvřelina na svahu vulkánu Loihi, s hojným výskytem zetaproteobakterií. Kredit: NOAA, Wikimedia Commons.

Aerobní bakterie, které provozují oxidaci dvojmocného železa, jsou pro nás zatím poměrně neznámé, zejména proto, že se je nedaří kultivovat v laboratorních podmínkách. Je to bezpochyby tvrdý oříšek. Potřebují nepřetržitý přísun elektronů pro přeměnu dvojmocného železa na trojmocné a také udržování hladinu kyslíku v rozumných mezích, aby jim železo neoxidovalo samo od sebe.

Pozoruhodným řešením pro pěstování takových náročných mikrobů by mohla být elektrochemická kultivace. V případě aerobních bakterií oxidujících dvojmocné železo totiž mohou potřebné elektrony poskytnout elektrody a vytvořit tak pozoruhodný elektrochemický systém, který zahrnuje i samotné bakterie.

Daniel Bond z Biotechnologického institutu Minnesotské univerzity a jeho kolegové nedávno vyzkoušeli elektrochemickou kultivaci na mořském izolátu nesmírně zajímavé bakterie Mariprofundus ferrooxydans. Právě tento jediný druh v současné době reprezentuje nejnověji popsanou skupinu proteobakterií – zetaproteobakterie, i když jejich reálná diverzita v prostředí je nepochybně mnohem vyšší. Mariprofundus je gramnegativní a chemolitotrofní mikrob, kterému vyhovuje neutrální pH.

Zvětšit obrázek

Daniel Bond. Kredit: UMN.

Zvětšit obrázek

Mariprofundus ferrooxydans, kmen PV-1. Kredit: Singer et al. 2011, (PLoS ONE).

Objevili ho v roce 1991 na aktivním podmořském vulkánu Loihi, který je ve zhruba kilometrové hloubce oceánu, 34 kilometrů jihovýchodně od pláží havajského ostrova Oahu. Podle sekvencí nalovených v přírodě víme, že zetaproteobakterie vlastně žijí po celém světě, leckde v mořské a brakické vodě, kde mají k dispozici strmý oxidačně-redukční gradient, na kterém si chytají potřebné elektrony. Jejich sekvence známe hlavně z hlubokomořských hydrotermálních kuřáků a poslední dobou především z různých prostředí kolem břehu moře.

Bond a spol. pěstovali mariprofundy kmene PV-1 tak, že k nim zavedli  elektrody. Nechali je růst v médiu, které obsahovalo dvojmocné železo a po čase v něm zaznamenali katodický dílčí elektrický proud, který vyvolávaly bakterie svým lapáním elektronů u elektrod. Vzhledem k tomu, že zdrojem elektronů je v případě elektrod pevný povrch, jsou podle autorů dotyčné bakterie určitě vybavené aparátem k těžbě elektronů, který mají připravený přímo na vnější membráně svých buněk. Badatelé zároveň prokázali, že s podporou elektrody zkoumané bakterie zvládají růst i v médiu bez železa. V takovém případě musí vystačit s elektrony od elektrody a jen s jejich pomocí vychytávají molekuly oxidu uhličitého, který potřebují k růstu.

Elektrochemická kultivace podobných typů bakterií by se teď mohla stát slibným nástrojem pro studium prozatím nepříliš ochotně spolupracujících litotrofních bakterií. S tím souhlasí i specialista na ekofyziologii vodních bakterií Vojtěch Kasalický, z Oddělení mikrobiální ekologie vody Hydrobiologického ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích. Elektrochemická kultivace mu připadá jako vtipné řešení, které nám možná pomůže objevit celé nové skupiny bakterií z různých prostředí s výrazným oxidačně-redukčním gradientem.

Zvětšit obrázek

Podmořský vulkán Loihi. Kredit: Kmusser, Wikimedia Commons.

Kasalický také podotýká, že Mariprofundus ferrooxydans je příkladem pozoruhodné strategie bakterií, které získávají energii s využitím enzymů působících vně jejich buňky (extracelulárně). Bude podle něj nesmírně zajímavé zjistit, jak je taková životní strategie mezi mikroby vlastně běžná.

Zvětšit obrázek

Vojtěch Kasalický. Kredit: V. Kasalický, Biologické centrum AVČR.

Mariprofundus a podobná stvoření by se mohli stát vydatnými pomocníky v sofistikovaných průmyslových aplikacích. Kromě toho, bakterie oxidující v moři železo nepochybně hrají kritickou roli v globálních biogeochemických cyklech, kterou by bylo radno pořádně pochopit a třeba i jednou využít, kdyby na to přišla vhodná chvíle.

Literatura

mBio 4(1):e00420-12. Wikipedia (Zetaproteobacteria).