Een kookpunt van 5900 graden Celsius en diamantachtige hardheid in combinatie met koolstof: wolfraam is het zwaarste metaal, maar 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 in het nanometerbereik. Op basis van deze bevindingen kan niet alleen de biogeochemie van wolfraam, maar ook de overlevingskansen van micro-organismen in omstandigheden in de ruimte worden onderzocht. De resultaten verschenen onlangs in het tijdschrift Frontiers in Microbiology.

Als hard en zeldzaam metaal is wolfraam, met zijn buitengewone eigenschappen en het hoogste smeltpunt van alle metalen, 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 een manier gevonden om wolfraam te assimileren. Twee recente onderzoeken door biochemicus en astrobioloog Tetyana Milojevic van de afdeling Biofysische Chemie, Faculteit Scheikunde van de Universiteit van Wenen, werpen licht op de mogelijke rol van micro-organismen in een met wolfraam verrijkte omgeving en beschrijven een wolfraam-microbiële interface op nanoschaal van de extreme warmte- en zuurminnende micro-organisme Metallosphaera sedula gekweekt met wolfraamverbindingen (figuren 1, 2). Het is ook dit micro-organisme dat zal worden getest op overlevingskansen tijdens interstellaire reizen in toekomstige studies in de ruimteomgeving. Wolfraam zou hierin een essentiële factor kunnen zijn.

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

Net als ferro-sulfide-mineraalcellen worden kunstmatige polyoxometalaten (POM's) beschouwd als anorganische cellen bij het faciliteren van chemische processen vóór het leven en die "levensechte" kenmerken vertonen. De relevantie van POM's voor levensonderhoudende processen (bijvoorbeeld microbiële ademhaling) is echter nog niet onderzocht. “Aan de hand van het voorbeeld van Metallosphaera sedula, die groeit in heet zuur en ademt door metaaloxidatie, hebben we 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 opgelost tot op nanometerniveau 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 gegevens van biogemineraliseerde microbiële soorten, waaronder archaea zelden vertegenwoordigd zijn”, aldus Milojevic. De biotransformatie van wolfraammineraal scheeliet, uitgevoerd door de extreem thermoacidofiele 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, microbieel ondersteunde ontwerp.