Batteri trasferiscono elettroni tramite minerali conduttori

I microbiologi della Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences hanno scoperto che alcune specie di batteri possono formare delle "griglie elettriche" per ottenere le sostanze chimiche necessarie alla sopravvivenza.
Il processo osservato dai ricercatori coinvolge due differenti specie di batteri capaci di effettuare ciò che viene definito trasferimento di elettroni, un fenomeno fondamentale per numerosissimi processi biologici.  Durante il trasferimento di elettroni, una o più particelle si spostano da un atomo (o molecola) all'altro, dando luogo al processo di ossidoriduzione che, ad esempio, regola l'ossidazione degli zuccheri nel corpo umano.
A prima vista non sembra alcunché di nuovo, dato che il trasferimento degli elettroni, già noto da tempo nel mondo dei microrganismi, consente ai batteri di realizzare meccanismi cooperativi utilizzati per disassemblare composti chimici, come gli zuccheri delle piante, e ottenere energia. La vera novità riguarda la capacità di alcune specie di batteri di sfruttare i minerali come "cavi elettrici", utilizzandoli per amplificare il trasferimento di elettroni.
"Dato che i microrganismi si sono evoluti in ambienti in cui esistono molte particelle di minerali conduttivi, non è sorprendente che abbiano la capacità di utilizzare le particelle di minerali per i più svariati scopi, inclusa la trasmissione di elettroni" spiega Kazuya Watanabe, co-autore della ricerca. "Le correnti elettriche tra i microbi sono molto piccole" aggiunge Watanabe. "Nessuno viene fulminato dall'elettricità del suolo".
I batteri capaci di creare questo network elettrico sono due microrganismi relativamente comuni che vivono nel terreno: il Geobacter sulfurreducens e il Thiobacillus denitrificans. Il primo è un organismo capace di ossidare composti metallici e organici convertendoli parzialmente in anidride carbonica; il secondo, invece, è un batterio che utilizza lo zolfo inorganico e i nitrati per ottenere energia, e viene sfruttato in alcune sostanze antiparassitarie per la sua capacità di trasformare lo zolfo in acido solforico.

In natura, le due specie di batteri lavorano in tandem per ottenere le risorse necessarie alla sopravvivenza, e cooperano chimicamente per semplificarsi la vita l'uno con l'altro. Ma la comunicazione tra due specie differenti non è mai semplice: le diversità nel linguaggio di comunicazione (in questo caso, un linguaggio chimico) richiedono un dispendio di energie per nulla trascurabile.
Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno scoperto che questi batteri, durante i processi chimici utilizzati per l'estrazione di nutrienti, tendevano a trasferire elettroni e a cooperare solo quando venivano aggiunti magnetite o ematite alla soluzione. Tramite lo scambio indotto da questi minerali, inoltre, i batteri erano capaci di preservare parte della loro energia, utilizzandola per assicurarsi una sopravvivenza più agevole.
I batteri utilizzerebbero la magnetite e l'ematite per creare connessioni elettriche tra le cellule, amplificando il trasferimento di elettroni per coprire distanze più vaste. I batteri che risiedono all'interno dei sedimenti marini, infatti, sono capaci di scambiare elettroni a diversi centimetri di distanza da loro, uno spazio enorme per forme di vita così minuscole, ed è possibile che sfruttino la conduttività dei sedimenti stessi per inviare e ricevere elettroni.
L'ipotesi dei ricercatori giapponesi è ancora più interessante se si pensa che i granelli di materiale conduttore, se disposti in modo casuale, non sono capaci di trasmettere un segnale elettrico a grandi distanze. E' possibile, quindi, che i batteri possano disporre i granuli di magnetite ed ematite secondo uno schema altamente conduttivo, capace di massimizzare la trasmissione del segnale elettrico.
Microbes Beam Electrons to Each Other Via Mineral "Wires"