Jernætsende bakterier har vist sig at have enzymer, der gør dem i stand til at udvinde elektroner fra ekstracellulære faste stoffer

Et forskerhold ledet af NIMS og RIKEN har opdaget, at sulfatreducerende bakterier, der er ansvarlige for anaerob jernkorrosion i petroleumsrørledninger, osv. besidder en gruppe af celleoverfladeenzymer, som gør dem i stand til direkte at udvinde elektroner fra ekstracellulære faste stoffer. Nuværende antikorrosionsmetoder involverer brugen af ​​antibakterielle midler, som dræber et bredt spektrum af bakterier. Deres fund kan lette udviklingen af ​​mere effektive og miljøvenlige anti-biokorrosionsmetoder; for eksempel, formuleringen af ​​kemikalier, der effektivt kan hæmme de bakterielle enzymer, der er identificeret i denne forskning.

Anaerob jernkorrosion i petroleumsrørledninger forårsager alvorlige industrielle fejl, såsom olielækage. Det er derfor vigtigt at identificere årsagerne til anaerob korrosion og effektivt forebygge dem. Sulfatreducerende bakterier - som producerer ætsende svovlbrinte ved at oxidere opløselige elektrondonorer såsom organiske stoffer og brint - er blevet betragtet som årsagen til anaerob korrosion. Imidlertid, det forblev ukendt, hvorfor korrosion fortsætter, selv efter at jernoverflader var dækket med de opbyggede jernsulfidskorper, som beskytter jernoverfladen mod svovlbrinte. I 2004 adskillige sulfat-reducerende bakterier blev isoleret med jern som den eneste energikilde, og antages at være i stand til direkte elektronudvinding fra jern gennem elektrisk ledende jernsulfidskorper, forårsager den vedvarende anaerobe korrosion. Imidlertid, elektronoptagelsesmidler såsom overfladeredoxenzymer er ikke blevet identificeret i disse bakterier, efterlader, hvordan de udvinder elektroner fra faste stoffer, ukendt, .

Forskerholdet analyserede omhyggeligt cellemembranerne af en ætsende sulfatreducerende bakterie, som vokser med metaljern som den eneste elektronkilde, og opdagede en gruppe af membranenzymer (dvs. ydre membran [OM] cytochromer, som er vist på billedet som de mørke pletter på celleoverfladen og nanotråde). Holdet bekræftede, at elektroner kun blev fjernet fra en indium-tin-doteret oxidelektrode, når disse enzymer blev udtrykt. Disse resultater giver stærke beviser for, at denne sulfatreducerende bakterie kan accelerere jernkorrosion ved direkte elektronoptagelse fra jern. Ud over, holdet undersøgte allestedsnærværelsen af ​​de nyopdagede enzymer i proteindatabaserne og fandt ud af, at aminosyresekvenserne i vid udstrækning var bevaret af forskellige svovlmetaboliserende bakterier, der beboede dybhavssedimenter, og adskilt fra dem, der tidligere er identificeret i jernreducerende bakterier, dannede derfor sandsynligvis en ny klade af ydre membrancytokromer.

I fremtidige undersøgelser, holdet planlægger at udvikle anti-biokorrosionsteknikker, der er i stand til selektivt og effektivt at deaktivere ætsende sulfat-reducerende bakterier til lave omkostninger på en miljøvenlig måde ved at designe kemikalier, som hæmmer elektronoptagelsen af ​​de identificerede membranenzymer. Resultaterne af denne forskning indikerede også første gang, at bakterier, der bor i dybhavssediment - et stort set ukendt økosystem - kan udvinde elektroner direkte fra faste stoffer. Disse resultater kan lette udviklingen af ​​teknikker til dyrkning af ukendte bakterier.