Los primeros conocimientos cuantitativos sobre la transferencia de electrones de minerales a microbios muestran que el citocromo, MtoA, extrae electrones del Fe (II) estructural en nanopartículas de afuera hacia adentro, dejando atrás Fe (III) y no dañando la estructura cristalina. Cuanto mayor sea la relación Fe (II) / Fe (III) en las nanopartículas, cuanto más rápida sea la transferencia de electrones.
Los científicos han obtenido los primeros conocimientos cuantitativos sobre la transferencia de electrones de minerales a microbios al estudiar esa transferencia de una manera inspirada en la naturaleza. sistema de nanopartículas a base de proteínas y hierro. El hierro juega un papel crucial en la biogeoquímica ambiental. Intercambia fácilmente electrones con microbios, transformándose de Fe (II) más soluble en Fe (III) menos soluble. Al estudiar ese intercambio, Los investigadores comprenden mejor el ciclo del hierro en el medio ambiente y cómo el ciclo del hierro, ciclo de carbono, y las actividades microbianas están conectadas. Para sus estudios, el equipo de investigación utilizó Fe 'sintonizable' 3-x Ti X O 4 nanopartículas en las que la relación Fe (II) / Fe (III) se controla reemplazando átomos de Fe con átomos de Ti en la red de nanopartículas:cuanto más Ti, cuanto más Fe (II).
El equipo expuso nanopartículas con diferentes proporciones de Fe (II) / Fe (III) en solución a MtoA purificado, un citocromo oxidante de hierro del microbio que habita en el agua, Sideroxydans lithotrophicus ES-1. Detallaron la cinética de oxidación de las nanopartículas por el citocromo en tiempo real, en el lugar, y con resolución de nivel Ångström utilizando un novedoso conjunto de herramientas. Se usó espectrometría de flujo detenido en EMSL para monitorear los cambios de absorbancia de proteínas, que se utilizaron para calcular la cinética de la reacción de transferencia de electrones. La difracción de micro-rayos X en EMSL mostró cambios en la relación Fe (II) / Fe (III) en la red de nanopartículas. Las espectroscopias de absorción de rayos X y dicroísmo circular magnético con recursos de sincrotrón en la fuente de luz avanzada revelaron cambios en la relación Fe (II) / Fe (III), así como en las propiedades magnéticas en la interfaz nanopartícula-citocromo. El equipo descubrió que MtoA extraía electrones del Fe (II) estructural en las nanopartículas comenzando en la superficie y luego continuando hacia el interior. dejando atrás Fe (III) y no dañando la estructura cristalina. También, cuanto mayor sea la relación Fe (II) / Fe (III) en las nanopartículas, cuanto más rápida sea la transferencia de electrones.
El novedoso sistema del equipo se puede adaptar para estudiar a otros jugadores clave en geoquímica, como las proteínas de transferencia de electrones en Geobacter y Shewanella, así como minerales que contienen hierro, como la hematita. Estudios fundamentales como estos tienen amplias implicaciones, desde mejores modelos predictivos de biogeoquímica y ciencias de la tierra hasta comprender el impacto del uso de nanopartículas para aplicaciones biotecnológicas, como la biorremediación y la generación de energía.
