Vi khuẩn ăn kim loại độc hại và thải ra vàng

Không có dạng sống nào trên hành tinh của chúng ta có thể xâm nhập vào mọi môi trường thành công như các tế bào vi khuẩn siêu nhỏ. Trong số nhiều vai trò của chúng đối với sự sống trên Trái Đất, một số vi khuẩn có khả năng tinh chế các kim loại quý, theo Science Alert.

Giống như nhiều nguyên tố khác, vàng có thể luân chuyển trong một chu trình sinh địa hóa bao gồm: tan rã, di chuyển xung quanh và cuối cùng là tái tập trung lại trong trầm tích của Trái Đất. Vi sinh vật tham gia vào tất cả các bước của quá trình này. Điều này khiến các nhà khoa học đặt ra câu hỏi rằng, làm thế nào chúng không bị nhiễm độc bởi những hợp chất có độc tính cao hình thành từ ion vàng trong đất.

Frank Reith và các cộng sự tại Đại học Adelaide, Australia, lần đầu tiên phát hiện vi khuẩn hình que C. metallidurans đào thải ra vàng vào năm 2009. Nó có thể ăn các hợp chất vàng độc hại và biến chúng thành dạng kim loại của vàng mà không có bất kỳ mối nguy hiểm nào đối với cơ thể. Sau nhiều năm nghiên cứu, Reith đã biết chính xác cơ chế và cách thức mà C. metallidurans đã sử dụng để làm được điều này. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Metallomics hôm 2/1.

C. metallidurans phát triển mạnh trong đất chứa cả hydro và một loạt các kim loại nặng độc hại. Điều này nghĩa là vi khuẩn C. metallidurans không phải cạnh tranh nhiều với các sinh vật khác. "Nếu một sinh vật quyết định sống sót tại đó, nó phải tìm ra cách để tự bảo vệ mình khỏi những chất độc hại này", Dietrich H. Nies, nhà vi sinh học tại Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU), Đức, cho biết.

Vi khuẩn C. metallidurans có một cơ chế bảo vệ khéo léo, không chỉ liên quan đến vàng mà còn cả đồng. Các hợp chất chứa cả hai nguyên tố này có thể dễ dàng xâm nhập vào tế bào C. metallidurans. Khi ion đồng và các phức hợp vàng (gold complexes) xâm nhập vào sâu bên trong, chúng sẽ gây ra tác động tàn phá đối với vi khuẩn.

Để giải quyết vấn đề này, vi khuẩn C. metallidurans sử dụng enzyme CupA để vận chuyển đồng ra khỏi tế bào. Nhưng sự hiện diện của vàng gây ra một vấn đề mới. "Khi có mặt các hợp chất của vàng, enzyme CupA bị ức chế, điều này khiến các hợp chất của đồng và vàng vẫn còn trong tế bào vi khuẩn", Nies cho biết.

Tại thời điểm này, nhiều vi khuẩn khác có lẽ đã từ bỏ và đi sống ở một nơi ít độc hơn, nhưng C. metallidurans thì không. Sinh vật này có một enzyme khác gọi là CopA giúp vi khuẩn chuyển đổi các hợp chất của vàng và đồng thành dạng không dễ dàng bị tế bào hấp thụ.

"Điều này đảm bảo rằng, có ít hợp chất của đồng và vàng xâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn. Các vi khuẩn bị nhiễm độc ít hơn và các enzyme có thể giúp loại bỏ đồng dư thừa mà không gặp trở ngại", Nies giải thích.

Quá trình này không chỉ giúp vi khuẩn C. metallidurans loại bỏ lượng đồng không mong muốn, nó còn tạo ra những hạt nano vàng nhỏ xíu trên bề mặt của vi khuẩn. Hiểu được cách mà C. metallidurans có thể đào thải ra vàng sẽ giúp các nhà khoa học tiến gần hơn tới việc mở khóa chu trình sinh địa hóa của vàng. Trong tương lai, những hiểu biết sâu sắc này có thể được sử dụng để tinh chế kim loại quý từ quặng mà chỉ chứa một lượng nhỏ kim loại.

Thu Thủy