Een kookpunt van 5900 graden Celsius en diamantachtige hardheid in combinatie met koolstof:wolfraam is het zwaarste metaal, heeft toch biologische functies, vooral in warmteminnende micro-organismen. Een team onder leiding van Tetyana Milojevic van de faculteit Scheikunde van de Universiteit van Wenen rapporteert voor het eerst zeldzame microbiële-wolfraaminteracties op nanometergebied. Op basis van deze bevindingen, niet alleen wolfraam biogeochemie, maar ook de overlevingskansen van micro-organismen in de ruimte kunnen worden onderzocht. De resultaten verschenen onlangs in het tijdschrift Grenzen in de microbiologie .

Als een hard en zeldzaam metaal, wolfraam, met zijn buitengewone eigenschappen en het hoogste smeltpunt van alle metalen, is een zeer onwaarschijnlijke keuze voor een biologisch systeem. Slechts enkele micro-organismen, zoals thermofiele archaea of ​​celkernvrije micro-organismen, hebben zich aangepast aan de extreme omstandigheden van een wolfraamomgeving en hebben een manier gevonden om wolfraam te assimileren. Twee recente studies door biochemicus en astrobioloog Tetyana Milojevic van de afdeling Biofysische Chemie, Faculteit Scheikunde aan de Universiteit van Wenen, licht werpen op de mogelijke rol van micro-organismen in een met wolfraam verrijkte omgeving en een wolfraam-microbiële interface op nanoschaal beschrijven van het extreme hitte- en zuurminnende micro-organisme Metallosphaera sedula gekweekt met wolfraamverbindingen (figuren 1, 2). Het is ook dit micro-organisme dat zal worden getest op overlevingsvermogen tijdens interstellaire reizen in toekomstige studies in de ruimte in de ruimte. Tungsten zou daarbij een essentiële factor kunnen zijn.

Van wolfraampolyoxometalaten als levensondersteunende anorganische raamwerken tot de microbiële bioverwerking van wolfraamerts

Net als bij ferrosulfide minerale cellen, kunstmatige polyoxometalaten (POM's) worden beschouwd als anorganische cellen bij het vergemakkelijken van chemische processen vóór het leven en het vertonen van "levensechte" kenmerken. Echter, de relevantie van POM's voor levensondersteunende processen (bijv. microbiële ademhaling) is nog niet aangepakt. "Met het voorbeeld van Metallosphaera sedula, die groeit in heet zuur en ademt door metaaloxidatie, we hebben onderzocht of complexe anorganische systemen op basis van wolfraam POM-clusters de groei van M. sedula kunnen ondersteunen en cellulaire proliferatie en deling kunnen genereren, ', zegt Milojevic.

Wetenschappers konden aantonen dat het gebruik van op wolfraam gebaseerde anorganische POM-clusters de opname van heterogene wolfraam-redoxsoorten in microbiële cellen mogelijk maakt. De organometallische afzettingen op het grensvlak tussen M. sedula en W-POM werden tot op de nanometer nauwkeurig opgelost tijdens een vruchtbare samenwerking met het Oostenrijkse centrum voor elektronenmicroscopie en nanoanalyse (FELMI-ZFE, Graz)." Onze bevindingen voegen met wolfraam ingelegde M. sedula toe aan de groeiende records van gebiomineraliseerde microbiële soorten, waaronder archaea zelden vertegenwoordigd zijn, " zei Milojevic. De biotransformatie van wolfraammineraalscheeliet uitgevoerd door de extreme thermoacidofiel M. sedula leidt tot het breken van de scheelietstructuur, daaropvolgende solubilisatie van wolfraam, en wolfraammineralisatie van het microbiële celoppervlak (Figuur 3). De biogene wolfraamcarbide-achtige nanostructuren die in het onderzoek worden beschreven, vertegenwoordigen een potentieel duurzaam nanomateriaal dat wordt verkregen door het milieuvriendelijke, door microben ondersteunde ontwerp.

Wolfraampantser in de ruimte

"Onze resultaten geven aan dat M. sedula wolfraamhoudend gemineraliseerd celoppervlak vormt via korstvorming met wolfraamcarbide-achtige verbindingen, " legt biochemicus Milojevic uit. Deze met wolfraam bedekte laag die rond de cellen van M. sedula wordt gevormd, kan heel goed een microbiële strategie zijn om bestand te zijn tegen barre omgevingsomstandigheden, zoals tijdens een interplanetaire reis. Inkapseling van wolfraam kan dienen als een krachtig stralingsbeschermend pantser tegen zware omgevingsomstandigheden. "Het microbiële wolfraampantser stelt ons in staat om de overlevingskansen van dit micro-organisme in de ruimteomgeving verder te bestuderen, " besluit Milojevic.