Arsenik är den ledande sötvattenföroreningen på planeten, påverkar miljontals människor världen över och orsakar otaliga dödsfall varje år. Att ta bort arsenik från grundvatten och sötvatten är en stor utmaning som forskare och beslutsfattare fortfarande står inför. Nu publiceras en ny studie från Tel Aviv University i Naturkommunikation belyser en unik biologisk modell för avgiftning av arsenik.

Enligt den nya forskningen, de Entotheonella bakterie som lever i Theonella swinhoei svamp är ett av de enda kända fallen av en bakterie som skyddar sin värd från metallförgiftning. Entotheonella skyddar dessa svampar mot farorna med arsenik och ett annat vanligt toxin, barium.

"Denna speciella svampart, som är bland de äldsta djuren som lever på jorden idag, är hem för en mycket mångsidig, mycket trångt antal mikroorganismer, " sa prof. Micha Ilan vid institutionen för zoologi vid TAU:s fakultet för biovetenskap, som ledde studien. "Dessa stillasittande djur utvecklades för att innehålla en egen arsenal av kemikalier och tillhörande mikrobiota för att hantera rovdjur och patologier."

Ett märkligt fynd

När du studerar svampens biologi, som bor i Röda havet och Indo-Stilla havet, Professor Ilan och hans kollega Dr Boaz Mayzel upptäckte den här besvärliga förmågan hos dessa svampar att ackumulera och koncentrera en miljon gånger mer arsenik än den som finns i havsvatten. Resultaten av den studien publicerades i PLOS One 2014.

Dr Ray Keren, också av TAU:s institution för zoologi och medförfattare till den nya forskningen tillsammans med Dr. Mayzel, misstänkte att en bakterie var inblandad i avgiftningen. Verkligen, efter omfattande tester, en enda bakterieart visade sig driva ackumuleringen av både arsenik och barium.

"Vi har inte bara upptäckt att en enda bakterieart var ackumulator av både arsenik och barium. Vi har också funnit att denna bakterie mineraliserar de giftiga elementen, omvandla dem till inerta produkter i sina celler på ett kontrollerat sätt, sade Dr Keren. Svampar äts av sköldpaddor och maskar, och även om de exploderar med arsenik, bakterierna gör dem giftfria. De blir biologiskt inerta. Det är en mycket unik biologisk modell."

TAU-forskarna, i samarbete med Prof. Boaz Pokroy från Technion Institute of Science och Dr. Sirine Fakra från Advanced Light Source i Lawrence Berkeley National Lab, utnyttjat den senaste tekniken för att validera sina första fynd, som anskaffades med hjälp av backscatter-läget i ett svepelektronmikroskop. "Prof. Pokroy tog ett prov på Entotheonella till European Synchrotron Radiation Facility inom en vecka efter att ha sett den första bilden, " sade doktor Keren. "Där, han såg att barium mineraliseras som baryt och arsenik bildade mindre toppar av ett okänt mineral."

"Mer jobb att göra"

Efterföljande diffraktionsanalys avslöjade att mineralen, kristallin arsenik, var i själva verket kalciumarsenat. Dr. Fakra validerade sedan närvaron av dessa mineraler under kryogena förhållanden under frysning.

"För att göra denna unika detoxmetod tillämplig i andra situationer, vi måste på något sätt bli av med svampen, sade Prof. Ilan. Med andra ord, det finns mycket mer att göra innan vi, människor, kan dra nytta av detta. "

Forskarna forskar för närvarande på mekanismen som bakterien använder för att kontrollera mineraliseringen av grundämnen. "När vi har identifierat enzymerna som är involverade i processen, vi kan antingen leta efter dem i bakterier i förorenat vatten eller hitta ett sätt att växa Entotheonella i förorenade områden, " sa Dr Keren.