為何這種細菌會「天然煉金術」?科學家終於摸懂機制

作者 | 發布日期 2018 年 02 月 05 日 17:29 | 分類 環境科學 , 生物科技 , 自然科學 follow us in feedly

在煉金藝術中占有一席之地的耐金屬貪銅菌,前幾年被科學家發現具有將毒性金屬化合物轉化為黃金的能力,但這種特異功能的具體機制過去沒有人可以完全理解。最近,來自德國和澳洲的科學團隊稱,它們已經了解細菌內部發生的分子過程,為何耐金屬貪銅菌會消耗有毒金屬化合物並排出無毒金塊──那其實是細菌本身的防禦機制。



隨著礦物質在土壤中分解,一些有毒重金屬會隨著氫被釋放到周遭環境,而耐金屬貪銅菌(Cupriavidus metallidurans 或簡稱 C. metallidurans)是一種棒狀細菌,便快樂生活在富含多種重金屬的土壤中,這種環境對其他微生物而言是難以生存的。

研究作者、德國哈雷-維騰貝格馬丁路德大學微生物學家 Dietrich H. Nies 表示,在沒有競爭者搶奪營養的情況下,這些土壤生活條件還是不錯的,只是一個生物體若選擇在這居住,它必須找到一種方法來保護自己免受有毒物質侵害,於是耐金屬貪銅菌形成防禦機制,不僅在這種惡劣條件下活得朝氣蓬勃,還能開始它的煉金人生,從含有重金屬的化合物中提取有用元素,然後沉積毒性物質。

前些年,科學家發現耐金屬貪銅菌在全天然過程中吐出黃金,但科學家那時還沒摸清為何這種「鍊金菌」輕輕鬆鬆就做到了人類汲汲營營追求的事情。

《ZME》報導,一切都從細菌轉換銅的過程開始。銅是耐金屬貪銅菌的重要微量元素之一,但銅常見的型態不容易被細菌吸收,於是細菌釋放一系列的化學過程軟化銅,將其轉化為易於吞噬的形式;但過量銅又是另一種傷害,細菌為了確保膜內沒有太多銅積聚,會利用一種稱為「CupA」的酶將多餘銅排出。

但問題來了,耐金屬貪銅菌不需要的黃金化合物也會以相同管道進入細菌體內,當金與銅同時存在細菌體內時,金會抑制 CupA 酶釋放,這下細菌表示很傷腦筋,它不僅無法排出多餘的銅,金和銅結合時還會增加毒性,讓它負荷不了。

為了取得平衡,細菌利用稱為「CopA」的第二種酶,將這兩種金屬轉換回原本難以吸收的形式,這樣可以確保更少的銅、金化合物進入細胞內,而在這過程裡,難以吸收的有毒黃金化合物於細胞外部轉變成只有幾奈米大小的無毒金塊。這份研究發表在《Metallomics》期刊。

▲ 微量黃金在耐金屬貪銅菌外部形成。(Source:哈雷-維騰貝格馬丁路德大學

目前最常見的提金手法為黃金氰化法,但氰化物具高毒性,此法一直極具爭議,現在了解細菌轉換黃金的機制,也許有助於改變我們提取黃金的方式。

(首圖來源:Flickr/James Mathews CC BY 2.0)