Geobacter sulfurreducens: caratteristiche e proprietà

Geobacter sulfurreducens è un organismo sorprendente che utilizza composti organici per l’energia. Scopri di più ora.

Indice

Caratteristiche generali di Geobacter sulfurreducens
- Ecologia di G. sulfurreducens
- Filogenesi e tassonomia
Strategie energetiche di G. sulfurreducens

Caratteristiche generali di Geobacter sulfurreducens

Geobacter sulfurreducens è un batterio Gram negativo appartenente al genere Geobacter. G. sulfurreducens è un batterio a forma di bastoncello (Figura 1.), non fermentante, anaerobico e non sporigeno.

È un organismo chemioeterotrofo, che quindi ricava la sua energia utilizzando composti organici. Tra questi può utilizzare acetato o idrogeno come donatori di elettroni per poi trasferirli a diversi accettori, tra cui composti insolubili come ossidi di ferro(III) o zolfo elementare.

Di conseguenza, questa capacità permette al batterio di ottenere energia anche in assenza di ossigeno.

Morfologia di Geobacter Sulfurreducens — **Figura 1**: Morfologia di Geobacter sulfurreducens

Ecologia di G. sulfurreducens

G. sulfurreducens si replica in modo ottimale a temperature comprese tra i 30-35 °C.
G. sulfurreducens è tipico di ambienti anaerobici e riducenti, cioè caratterizzati dalla presenza di minerali metallici come Fe(III). I suoi habitat principali, infatti, includono:

Suoli e sedimenti acquatici senza ossigeno, come paludi o letti fluviali.
Falde acquifere profonde, dove la respirazione aerobia è limitata.
Zone contaminate, dove l’ossidazione della sostanza organica è accoppiata alla riduzione di metalli pesanti.

Sebbene sia tradizionalmente classificato come anaerobio obbligato, alcune ricerche mostrano che G. sulfurreducens è in grado di tollerare piccole concentrazioni di ossigeno. Ne consegue che questa capacità può favorirne la sopravvivenza durante le fasi di transizione che si verificano nei suoli e sedimenti naturali.

Filogenesi e tassonomia

G. sulfurreducens appartiene al genere Geobacter, descritto per la prima volta nel 1994, dopo l’isolamento di un ceppo da sedimenti superficiali di un canale contaminato da idrocarburi in Oklahoma (USA).

Il microrganismo era capace di utilizzare acetato o idrogeno come donatori di elettroni e diversi composti come accettori. In particolare, poteva utilizzare Fe(III) come accettore di elettroni, mostrando la capacità di svolgere processi di respirazione anaerobica associati alla riduzione dei metalli.

Le successive analisi molecolari basate sulla sequenza dell’RNA ribosomiale 16S hanno collocato G. sulfurreducens nel gruppo dei Deltaproteobacteriae, come Geobacter metallireducens. Questi studi hanno contribuito a definire la posizione filogenetica della specie all’interno del genere Geobacter.

Dominio:	Bacteria
Regno:	Pseudomonadati
Phylum:	Thermodesulfobacteriota
Classe:	Desulfuromonadia
Ordine:	Geobacterales
Famiglia:	Geobacteraceae
Genere:	Geobacter
Specie:	Geobacter sulfurreducens

Strategie energetiche di G. sulfurreducens

G. sulfurreducens è un microrganismo particolarmente interessante per il suo modo di ottenere energia. Il suo metabolismo rappresenta infatti un importante collegamento tra il mondo organico e quello inorganico.

Vive in ambienti poveri di ossigeno e, per ricavare energia, ha dovuto ingegnarsi e trovare soluzioni alternative. Come gli organismi aerobici, anche G. sulfurreducens utilizza una catena di trasporto degli elettroni: ossida composti organici semplici, come l’acetato. La differenza è che invece di trasferire gli elettroni all’ossigeno, li cede a composti metallici presenti all’esterno della cellula, come il ferro ossidato.

La principale difficoltà è che questi accettori di elettroni sono spesso solidi e insolubili e non possono essere internalizzati. Per superare questo limite, G. sulfurreducens ha sviluppato un sistema che consente di trasferire elettroni dalla cellula verso l’esterno.

Questo meccanismo, noto come respirazione anaerobica, permette al batterio di ottenere energia e di crescere anche in condizioni prive di ossigeno.

Nanofili microbici

Una delle caratteristiche più interessanti di Geobacter sulfurreducens è la capacità di produrre nanofili microbici. Si tratta di sottili strutture che si estendono dalla superficie della cellula e permettono al batterio di trasferire elettroni verso l’esterno.

Durante il metabolismo, G. sulfurreducens produce elettroni che devono essere trasferiti a un accettore finale. In molti casi, questo accettore è un materiale solido, come un minerale contenente Fe(III), che non può entrare nella cellula. I nanofili aiutano quindi a stabilire un collegamento tra la cellula e questi materiali.

I nanofili possono così formare una vera e propria rete conduttiva, che facilita il trasferimento degli elettroni agli accettori finali anche a distanza dalla cellula. Alcuni nanofili, inoltre, contengono proteine chiamate citocromi, ricche di gruppi eme, che facilitano il passaggio degli elettroni.

I nanofili hanno quindi un ruolo importante nella respirazione extracellulare e permettono a G. sulfurreducens di sfruttare accettori che non può raggiungere direttamente.

Biofilm elettrici

Quando G. sulfurreducens cresce su una superficie conduttiva, le cellule possono unirsi e formare un biofilm elettrico. Al suo interno, nanofili e citocromi formano una rete che facilita il passaggio degli elettroni verso l’elettrodo.

Il biofilm permette a molte cellule di collaborare. Gli elettroni prodotti durante il metabolismo passano dalla cellula alla rete esterna e raggiungono l’elettrodo. Qui vengono raccolti e possono generare una corrente elettrica misurabile.

Per questo motivo, i biofilm di G. sulfurreducens sono molto studiati nelle celle a combustibile microbiche.
In questi dispositivi, i microrganismi ossidano sostanze organiche e trasferiscono gli elettroni prodotti a un elettrodo. Il loro metabolismo può così essere sfruttato per produrre energia elettrica.

Conclusioni

G. sulfurreducens dimostra quanto il mondo microbico sia ancora ricco di sorprese. Pullula di esserini microscopici in grado di fare grandi cose: come collegare processi biologici e fenomeni elettrici, offrendo nuove prospettive per l’energia e l’ambiente.

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