Если верить исследователям из Тихоокеанской национальной лаборатории (США), то протеин, который отнимает электроны у железа в одном микробе, очень похож на белок, донирующий электронную плотность железу в другом микроорганизме.

Если точнее, учёные обнаружили у бактерии Sideroxydans lithotrophicus ES-1, обитающей в грунтовых водах и окисляющей железо, гены, общие с бактерией Shewanella oneidensis MR-1, которая железо, наоборот, восстанавливает. Такой вот загадочный дуализм родственных организмов.

Shewanella oneidensis MR-1 (микрофото PLoS ONE).

Результатом исследования стало более глубокое понимание молекулярных механизмов, позволяющих микроорганизмам изменять электронную конфигурацию железа — а значит, и его мобильность. Подробнее о проделанной работе можно прочитать в журнале Frontiers in Microbiological Chemistry.

Учёные заинтересовались состояниями окисления железа потому, что это напрямую определяет растворимость металла в воде, где протеины, способные переносить электроны, играют ключевую роль. В отличие от Fe(II), трёхвалентное железо Fe(III) в воде не растворяется. Различие в растворимости между Fe(II) и Fe(III) также означает, что усвоение железа является гораздо более серьёзной проблемой для организмов, которые используют кислород, чем для тех, что обходятся без него, поскольку анаэробная среда благоприятна именно для существования менее окисленной и в то же время более растворимой формы Fe(II).

Почему это важно? Вообще, кажется, исследователи сами запутались в обосновании проблематики, с которой работали. Перепрыгивая с одной проблемы на другую, они совершенно потеряли нить повествования. А дело вот в чём. Нужно ли бактериям железо или нет — вопрос десятый. Интерес вызывает сама способность бактерий использовать металл для захвата его электронной плотности. В этом случае железо окисляется и переходит в нерастворимую форму (что может быть как полезно, так и не очень, учитывая, что не всякое отложение в грунтовых водах это благо; с другой стороны, вода таким образом способна эффективно очищаться от избыточного содержания железа). С точки зрения биологов, интерес представляет сам молекулярный процесс, то есть то, за счёт чего происходит окисление металла и как в конечном итоге запасается приобретённая электронная плотность внутри бактерии. Вот на этом и сфокусируемся вслед за авторами из Тихоокеанской национальной лаборатории.

Для детального изучения микроорганизмов исследователи использовали методы биоинформатики, генетического клонирования, in vitro- и in vivo-исследование образцов бактерий ES-1 и MR-1. При этом в ES-1 был обнаружен трёхгенный кластер, кодирующий гомологи протеинов бактерии MR-1, которые в случае ES-1 выполняют диаметрально противоположные функции. Как оказалось, внешнемембранный протеин (один из гомологов, составляющих трёхгенный кластер), названный MtoB, действительно способен окислять Fe(II) прямо на поверхности бактерий, передавая полученные электроны через внешнюю мембрану на периплазматические протеины (которые ещё нужно идентифицировать). Последние перенаправляют электроны на другой протеин из разряда гомологов, располагающийся в цитоплазме (внутренняя мембрана). А тот восстанавливает находящиеся поблизости хиноновые группы до гидрохинона.

Вот такой любопытный механизм, представляющий скорее чисто научный, а не практический интерес. Однако всё может измениться, если учёные докажут распространённость этого молекулярного процесса среди других микроорганизмов.

Следует также отметить, что способность MR-1 восстанавливать металлы и обитать в анаэробных условиях уже привлекла внимание исследователей, пытающихся разработать методы практического применения восстановительных свойств данного микроорганизма (защита от коррозии).