Phát hiện loài vi khuẩn “luyện vàng” bằng cách ăn kim loại nặng

Các nhà khoa học đã khám phá ra Cupriavidus metallidurans, một loại vi khuẩn đặc biệt “khoái” ăn kim loại nặng và đào thải ra các hạt vàng nhỏ.

Cũng như nhiều nguyên tố khác, vàng phải trải qua chu trình sinh địa hóa bao gồm tổng hợp, tuần hoàn, phân giải và cuối cùng là tích tụ lại trong các lớp trầm tích của Trái đất.

Loại vi khuẩn này đóng vai trò quan trọng trong mọi giai đoạn của chu trình sinh địa hóa vàng, nhưng điều đáng ngạc nhiên là chúng không bị tiêu diệt khi tiếp xúc với các hợp chất vàng độc hại có trong đất.

C. metallidurans hình que có khả năng “thanh lọc” vàng từ các hợp chất vàng độc hại. Các nhà khoa học đã phát hiện ra cơ chế của loài sinh vật này vào năm 2009 và thấy rằng quá trình “thanh lọc” này không gây hại gì đối với chúng.

“Điều này cho thấy vi khuẩn này tham gia vào quá trình giải độc các hợp chất vàng và góp phần tạo ra các khoáng chất vàng sinh học”, nhà địa vi sinh học Frank Reith, người dẫn đầu nghiên cứu cho biết vào năm 2009.

Reith và đội ngũ nghiên cứu của ông đã mất nhiều năm để tìm ra bí quyết của loại vi khuẩn tạo ra vàng. Họ đã phát hiện ra cách thức vi khuẩn sống sót và phát triển trong đất chứa nhiều kim loại nặng độc hại.

C. metallidurans là một loài vi khuẩn thông minh, mạnh mẽ nhưng cũng rất độc đáo. Nó chọn sống ở những nơi khắc nghiệt mà ít sinh vật khác có thể chịu được và có khả năng chống lại các hợp chất kim loại độc hại bằng cách biến chúng thành hợp chất kim loại an toàn.

“Để sống sót trong điều kiện này, sinh vật phải tìm cách bảo vệ bản thân khỏi các chất độc hại”, theo Dietrich H. Nies, nhà vi trùng học tại Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg ở Đức, cho biết.

Ngoài vàng, C. metallidurans còn có cơ chế đặc biệt giúp chúng bảo vệ bản thân khỏi bị nhiễm độc đồng.

Trên lý thuyết, các hợp chất có chứa vàng và đồng có thể dễ dàng xâm nhập vào tế bào C. metallidurans. Khi vào trong, các ion đồng và vàng đi sâu bên trong vi khuẩn và có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng.

Để bảo vệ mình, vi khuẩn sử dụng các enzym để đẩy các kim loại chứa độc tố ra khỏi tế bào của chúng, điển hình như enzym CupA giúp đẩy đẩy kim loại đồng độc hại ra khỏi cơ thể. Nhưng nếu hợp chất xuất hiện thêm vàng, enzyme này sẽ bị ngăn chặn và các hợp chất đồng và vàng độc hại vẫn nằm lại trong tế bào.

Đây là lúc C. metallidurans thể hiện sự khác biệt của nó. Sinh vật này có một loại enzyme khác, được gọi là CopA.

Với CopA, vi khuẩn có thể biến đổi các hợp chất đồng và vàng thành các dạng phức tạp hơn, từ đó giảm lượng độc tố mà tế bào phải hấp thụ.

Nies nói: “Điều này giúp giảm lượng đồng và vàng độc hại thâm nhập vào trong tế bào, từ đó vi khuẩn ít bị nhiễm độc hơn và enzyme sẽ hoạt động hiệu quả hơn.”

Nhưng quá trình này không chỉ giúp vi khuẩn loại bỏ lượng đồng dư thừa mà còn tạo ra những hạt nano vàng nhỏ bé trên bề mặt của chúng.

Dù lượng vàng tạo ra bởi vi khuẩn C. metallidurans vẫn còn rất nhỏ nhưng đã giúp các nhà khoa học mở mang kiến thức thêm về chu trình địa sinh hoá vàng. Vi khuẩn này không chỉ chứng minh khả năng thích nghi phi thường với môi trường độc hại mà còn tiết lộ cơ chế biến các hợp chất kim loại thành vàng nguyên chất. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể tận dụng phương pháp mới này để khai thác vàng mà không cần dùng đến các hóa chất gây hại cho môi trường và sức khỏe con người.

C. metallidurans là một ví dụ điển hình cho sự kỳ diệu của tự nhiên và sự phong phú của hệ vi sinh. Điều đó chứng minh rằng không chỉ con người mà vi khuẩn cũng có thể làm các nhà “giả kim” tài ba.