Volframpolyoxometalater som livsuppehållande oorganiska ramverk. Enstaka celler av M. sedula efter odling med volframbärande W-POM. Upphovsman:© Tetyana Milojevic
En kokpunkt på 5900 grader Celsius och diamantliknande hårdhet i kombination med kol:volfram är den tyngsta metallen, har ändå biologiska funktioner - speciellt i värmeälskande mikroorganismer. Ett team under ledning av Tetyana Milojevic från fakulteten för kemi vid universitetet i Wien rapporterar för första gången sällsynta mikrobiell-volframinteraktioner på nanometerområdet. Baserat på dessa fynd, inte bara volframbiogeokemi, men även mikroorganismers överlevnadsförmåga i yttre rymden kan undersökas. Resultaten publicerades nyligen i tidskriften Gränser i mikrobiologi .
Som en hård och sällsynt metall, volfram, med dess extraordinära egenskaper och högsta smältpunkt för alla metaller, är ett mycket osannolikt val för ett biologiskt system. Endast ett fåtal mikroorganismer, såsom termofila archaea eller cellkärnfria mikroorganismer, har anpassat sig till de extrema förhållandena i en volframmiljö och hittat ett sätt att assimilera volfram. Två färska studier av biokemisten och astrobiologen Tetyana Milojevic från institutionen för biofysikalisk kemi, Kemiska fakulteten vid universitetet i Wien, belysa mikroorganismernas möjliga roll i en volframberikad miljö och beskriva ett nanoskala volfram-mikrobiellt gränssnitt för den extrema värme- och syraälskande mikroorganismen Metallosphaera sedula odlad med volframföreningar (Figur 1, 2). Det är också denna mikroorganism som kommer att testas för överlevnad under interstellära resor i framtida studier i yttre rymden. Volfram kan vara en viktig faktor i detta.
Från volframpolyoxometalater som livsuppehållande oorganiska ramverk till mikrobiell biobearbetning av volframmalmer
Volframpolyoxometalater som livsuppehållande oorganiska ramverk. Kolonier av M. sedula efter odling med volframbärande W-POM som visar enstaka celler av M. sedula anslutna med hjälp av extracellulära förlängningar. Kredit:© Tetyana Milojevic
På samma sätt som järn -sulfidmineralceller, artificiella polyoxometalater (POM) anses vara oorganiska celler för att underlätta kemiska processer före livet och uppvisa "livsliknande" egenskaper. Dock, POM:s relevans för livsuppehållande processer (t.ex. mikrobiell andning) har ännu inte behandlats. "Med exemplet Metallosphaera sedula, som växer i het syra och andas genom metalloxidation, vi undersökte om komplexa oorganiska system baserade på volfram POM-kluster kan upprätthålla tillväxten av M. sedula och generera cellulär proliferation och division, säger Milojevic.
Forskare kunde visa att användningen av volframbaserade oorganiska POM-kluster möjliggör inkorporering av heterogena volframredoxarter i mikrobiella celler. De organometalliska avlagringarna vid gränssnittet mellan M. sedula och W-POM löstes ner till nanometerintervallet under fruktbart samarbete med det österrikiska centret för elektronmikroskopi och nanoanalys (FELMI-ZFE, Graz)." Våra fynd lägger till volfram-belagd M. sedula till de växande uppgifterna om biomineraliserade mikrobiella arter, bland vilka arkéer sällan är representerade, "sade Milojevic. Biotransformationen av volframmineralt scheelit utförd av den extrema termoacidofila M. sedula leder till att scheelitstrukturen bryts, efterföljande solubilisering av volfram, och volframmineralisering av mikrobiell cellyta (Figur 3). De biogena volframkarbidliknande nanostrukturerna som beskrivs i studien representerar ett potentiellt hållbart nanomaterial som erhålls genom den miljövänliga mikrobiellt assisterade designen.
Nanoanalytiska spektroskopiundersökningar av M. sedula odlad på volframmalm scheelite. M. sedula bildar volframbärande mineraliserat S-skikt via enkorsning med volframkarbidliknande föreningar. Upphovsman:© Tetyana Milojevic
Volframrustning i yttre rymden
"Våra resultat indikerar att M. sedula bildar volframbärande mineraliserad cellyta genom inkorsning med volframkarbidliknande föreningar, "förklarar biokemisten Milojevic. Detta volframskyddade lager som bildas runt cellerna i M. sedula kan mycket väl representera en mikrobiell strategi för att klara hårda miljöförhållanden, till exempel under en interplanetär resa. Volframinkapsling kan fungera som en kraftfull strålskyddsrustning mot tuffa miljöförhållanden. "Den mikrobiella volframrustningen tillåter oss att ytterligare studera denna mikroorganisms överlevnadsförmåga i yttre rymden, avslutar Milojevic.
