Arseen is de belangrijkste zoetwaterverontreiniging op aarde, die wereldwijd miljoenen mensen treft en elk jaar een onnoemelijk aantal doden veroorzaakt. Het verwijderen van arseen uit grond- en zoetwater is een grote uitdaging waar wetenschappers en beleidsmakers nog steeds voor staan. Nu is een nieuwe studie van de Universiteit van Tel Aviv gepubliceerd in: Natuurcommunicatie werpt licht op een uniek biologisch model van arseenontgifting.

Volgens het nieuwe onderzoek de Entotheonella bacterie die in de Theonella swinhoei spons is een van de weinige bekende gevallen van een bacterie die zijn gastheer beschermt tegen metaalvergiftiging. Entotheonella beschermt deze sponzen tegen de gevaren van arseen en een ander veelvoorkomend gif, barium.

"Deze specifieke sponssoort, die tot de oudste dieren behoort die tegenwoordig op aarde leven, is de thuisbasis van een zeer diverse, zeer druk aantal micro-organismen, " zei Prof. Micha Ilan van de afdeling Zoölogie van de Faculteit der Levenswetenschappen van de TAU, die de studie leidde. "Deze sedentaire dieren zijn geëvolueerd om een ​​intern arsenaal aan chemicaliën en bijbehorende microbiota te bevatten om roofdieren en pathologieën aan te pakken."

Een merkwaardige vondst

Tijdens het bestuderen van de biologie van de spons, die in de Rode Zee en de Indo-Pacifische Oceaan woont, Prof. Ilan en zijn collega Dr. Boaz Mayzel ontdekten het merkwaardige vermogen van deze sponzen om een ​​miljoen keer meer arseen op te hopen en te concentreren dan in zeewater. De resultaten van dat onderzoek zijn in 2014 gepubliceerd in PLOS One.

Dr. Ray Keren, ook van TAU's Department of Zoology en co-auteur van het nieuwe onderzoek met Dr. Mayzel, vermoedde dat er een bacterie bij de ontgifting was betrokken. Inderdaad, na uitgebreide testen, een enkele bacteriesoort bleek de accumulatie van zowel arseen als barium te stimuleren.

"We hebben niet alleen ontdekt dat een enkele bacteriesoort de accumulator was van zowel arseen als barium. We hebben ook ontdekt dat deze bacterie de giftige elementen mineraliseert, ze op een gecontroleerde manier omzetten in inerte producten in de cellen, " zei Dr. Keren. "Sponzen worden gegeten door schildpadden en wormen, en ook al exploderen ze met arseen, de bacteriën maken ze niet-toxisch. Ze worden biologisch inert. Het is een heel uniek biologisch model."

De TAU-wetenschappers, in samenwerking met Prof. Boaz Pokroy van het Technion Institute of Science en Dr. Sirine Fakra van de Advanced Light Source in het Lawrence Berkeley National Lab, geavanceerde technologie gebruikt om hun eerste bevindingen te valideren, die werden verkregen met behulp van de backscatter-modus van een scanning elektronenmicroscoop. "Prof. Pokroy nam een ​​monster van Entotheonella naar de European Synchrotron Radiation Facility binnen een week na het zien van dat eerste beeld, "zei Dr. Keren. "Daar, hij zag dat barium wordt gemineraliseerd als bariet en dat arseen kleinere pieken vormt van een onbekend mineraal."

"Meer werk aan de winkel"

Daaropvolgende diffractie-analyse onthulde dat het mineraal, kristallijn arseen, was in feite calciumarsenaat. Dr. Fakra valideerde vervolgens de aanwezigheid van deze mineralen onder cryogene omstandigheden onder het vriespunt.

"Om deze unieke ontgiftingsmethode toepasbaar te maken op andere situaties, we moeten op de een of andere manier van de spons af, " zei prof. Ilan. "Met andere woorden, er is nog veel werk aan de winkel voordat we, mensen, kan hierop inspelen."

De onderzoekers onderzoeken momenteel het mechanisme dat de bacterie gebruikt om de mineralisatie van de elementen te beheersen. "Zodra we de enzymen hebben geïdentificeerd die bij het proces betrokken zijn, we kunnen ze zoeken in bacteriën in vervuild water of een manier vinden om te groeien Entotheonella in vervuilde gebieden, "zei dr. Keren.