I cicli dei metalli
Affinché si possano formare i minerali è necessario l’intervento dei microrganismi; infatti, i cicli dei metalli sono guidati dai microrganismi proprio perché gli ioni metallici fungono da nutrimento per i batteri, si possono ossidare o ridurre, ma possono anche essere tossici (come nel caso di ioni di metalli pesanti quali Hg²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺).
Al fine di poter contrastare, in particolar modo, quest’ultimo “effetto collaterale” i batteri hanno evoluto sistemi atti a regolare l’omeostasi dei metalli.
Cupriavidus metallidurans e la bio-mineralizzazione dell’oro
Uno dei batteri che sfrutta tale sistema è Cupriavidus metallidurans (figura 1), un bacillo Gram -, mobile, asporigeno e resistente alla tossicità causata dai metalli pesanti. Infatti, il genoma di tale batterio è costituito da 2 cromosomi circolari (CR1 e CR2) e da due grandi plasmidi (pMOL28 e pMOL30) (figura 2). In particolar modo, su CR2 e su pMOL28 e pMOL30 si trovano i geni coinvolti nella resistenza ai metalli:
- pMOL28 contiene i geni che provocano resistenza a Co(II), Cr(VI), Hg(II), Ni(II) ;
- pMOL30 contiene i geni responsabili della resistenza a Ag(I), Cd(II), Co(II), Cu(II), Hg(II), Pb(II), Zn(II).
Rispetto agli altri metalli l’oro (Au) è un metallo raro e inerte che, in soluzione acquosa, si può presentare sotto 3 diverse forme:
Nanoparticelle metalliche di Au(0), Complesso auroso Au(I) E Complesso aurico Au(III).
In passato si pensava che la formazione di oro secondario dipendesse da processi abiotici, ma, invece, qualche anno fa un team di ricercatori ha dimostrato che esso dipende dalla bio-minerallizazione di Au(III).
Come avviene la bio-mineralizzazione di Au(III)?
C. metallidurans è presente nelle zone mineralizzate, in tutti gli ambienti in cui si concentrano ioni instabili di metalli pesanti e sui biofilm di grani secondari d’oro. Dalla soluzione tale microrganismo accumula rapidamente Au(III) che, in seguito a una reazione di riduzione, dà luogo alla formazione di complessi Au(I)-S.
La formazione di tali complessi sulla superficie della cellula porta alla distribuzione dell’oro in tutta la cellula e, in particolar modo, porta all’up-regolazione di geni che codificano per proteine coinvolte nello stress ossidativo con conseguente potenziale produzione di specie reattive dell’ossigeno. Infine i complessi Au(I)-S vengono trasformati in complessi Au(I)-C e in Au(0).
Irene Magnoli
Fonti:
- Influence of Copper Resistance Determinants on Gold Transformation by Cupriavidus metallidurans Strain CH34
- Mechanisms of gold biomineralization in the bacterium Cupriavidus metallidurans
- Microbewiki
