Poliossometallati di tungsteno come strutture inorganiche che sostengono la vita. Cellule singole di M. sedula dopo coltivazione con W-POM contenente tungsteno. Credito:© Tetyana Milojevic
Un punto di ebollizione di 5900 gradi Celsius e una durezza simile al diamante in combinazione con il carbonio:il tungsteno è il metallo più pesante, tuttavia ha funzioni biologiche, specialmente nei microrganismi amanti del calore. Un team guidato da Tetyana Milojevic della Facoltà di Chimica dell'Università di Vienna riporta per la prima volta rare interazioni microbico-tungsteno nell'intervallo dei nanometri. Sulla base di questi risultati, non solo biogeochimica del tungsteno, ma anche la sopravvivenza dei microrganismi in condizioni di spazio esterno può essere studiata. I risultati sono apparsi di recente sulla rivista Frontiere in microbiologia .
Come un metallo duro e raro, tungsteno, con le sue straordinarie proprietà e il punto di fusione più alto di tutti i metalli, è una scelta molto improbabile per un sistema biologico. Solo pochi microrganismi, come archaea termofili o microrganismi privi di nucleo cellulare, si sono adattati alle condizioni estreme di un ambiente di tungsteno e hanno trovato un modo per assimilare il tungsteno. Due recenti studi della biochimica e astrobiologa Tetyana Milojevic del Dipartimento di Chimica Biofisica, Facoltà di Chimica dell'Università di Vienna, gettare luce sul possibile ruolo dei microrganismi in un ambiente arricchito di tungsteno e descrivere un'interfaccia tungsteno-microbico su scala nanometrica del microrganismo metallosphaera sedula che ama il calore estremo e l'acido coltivato con composti di tungsteno (Figure 1, 2). È anche questo microrganismo che verrà testato per la sopravvivenza durante i viaggi interstellari in studi futuri nell'ambiente dello spazio esterno. Il tungsteno potrebbe essere un fattore essenziale in questo.
Dai poliossometallati di tungsteno come strutture inorganiche che sostengono la vita al biotrattamento microbico dei minerali di tungsteno
Poliossometallati di tungsteno come strutture inorganiche che sostengono la vita. Colonie di M. sedula dopo coltivazione con W-POM portante tungsteno che mostrano singole cellule di M. sedula connesse mediante estensioni extracellulari. Credito:© Tetyana Milojevic
Simile alle celle minerali di solfuro ferroso, i poliossometallati artificiali (POM) sono considerati cellule inorganiche che facilitano i processi chimici pre-vita e mostrano caratteristiche "simili alla vita". Però, la rilevanza dei POM per i processi di sostegno alla vita (ad es. respirazione microbica) non è stato ancora affrontato. "Seguendo l'esempio di Metallosphaera sedula, che cresce in acido caldo e respira per ossidazione dei metalli, abbiamo studiato se sistemi inorganici complessi basati su cluster di tungsteno POM possono sostenere la crescita di M. sedula e generare proliferazione e divisione cellulare, "dice Milojevic.
Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che l'uso di cluster POM inorganici a base di tungsteno consente l'incorporazione di specie redox eterogenee di tungsteno nelle cellule microbiche. I depositi organometallici all'interfaccia tra M. sedula e W-POM sono stati disciolti fino all'ordine dei nanometri durante la proficua collaborazione con il Centro austriaco di microscopia elettronica e nanoanalisi (FELMI-ZFE, Graz)." I nostri risultati aggiungono M. sedula incrostato di tungsteno ai crescenti record di specie microbiche biomineralizzate, tra i quali raramente sono rappresentati gli archaea, " ha detto Milojevic. La biotrasformazione della scheelite minerale di tungsteno eseguita dall'estremo termoacidofilo M. sedula porta alla rottura della struttura della scheelite, successiva solubilizzazione del tungsteno, e mineralizzazione del tungsteno della superficie delle cellule microbiche (Figura 3). Le nanostrutture biogeniche simili al carburo di tungsteno descritte nello studio rappresentano un potenziale nanomateriale sostenibile ottenuto grazie alla progettazione assistita da microbi rispettosi dell'ambiente.
Indagini spettroscopiche nanoanalitiche di M. sedula coltivata su scheelite di minerale di tungsteno. M. sedula forma uno strato a S mineralizzato contenente tungsteno mediante incrostazione con composti simili al carburo di tungsteno. Credito:© Tetyana Milojevic
Armatura di tungsteno nello spazio esterno
"I nostri risultati indicano che M. sedula forma una superficie cellulare mineralizzata contenente tungsteno incrostandosi con composti simili al carburo di tungsteno, " spiega il biochimico Milojevic. Questo strato incrostato di tungsteno formato attorno alle cellule di M. sedula può benissimo rappresentare una strategia microbica per resistere a condizioni ambientali difficili, come durante un viaggio interplanetario. L'incapsulamento in tungsteno può fungere da potente armatura radioprotettiva contro condizioni ambientali difficili. "L'armatura microbica di tungsteno ci consente di studiare ulteriormente la sopravvivenza di questo microrganismo nell'ambiente dello spazio esterno, " conclude Milojevic.
