En kokpunkt på 5900 grader Celsius och diamantliknande hårdhet i kombination med kol: volfram är den tyngsta metallen, men har ändå biologiska funktioner – speciellt i värmeälskande mikroorganismer. Ett team under ledning av Tetyana Milojevic från fakulteten för kemi vid universitetet i Wien rapporterar för första gången sällsynta mikrobiell-volframinteraktioner på nanometerområdet. Baserat på dessa fynd kan inte bara volframbiogeokemi, utan även mikroorganismers överlevnadsförmåga i yttre rymden undersökas. Resultaten publicerades nyligen i tidskriften Frontiers in Microbiology.

Som en hård och sällsynt metall är volfram, med sina extraordinära egenskaper och högsta smältpunkt av alla metaller, ett mycket osannolikt val för ett biologiskt system. Endast ett fåtal mikroorganismer, såsom termofila arkéer eller cellkärnfria mikroorganismer, har anpassat sig till de extrema förhållandena i en volframmiljö och hittat ett sätt att assimilera volfram. Två färska studier av biokemisten och astrobiologen Tetyana Milojevic från institutionen för biofysikalisk kemi, fakulteten för kemi vid universitetet i Wien, kastar ljus över mikroorganismernas möjliga roll i en volframberikad miljö och beskriver ett nanoskala volfram-mikrobiellt gränssnitt för det extrema värme- och syraälskande mikroorganism Metallosphaera sedula odlad med volframföreningar (figur 1, 2). Det är också denna mikroorganism som kommer att testas för överlevnad under interstellära resor i framtida studier i yttre rymden. Volfram kan vara en viktig faktor i detta.

Från volframpolyoxometalater som livsuppehållande oorganiska ramverk till mikrobiell biobearbetning av volframmalmer

I likhet med järnsulfidmineralceller betraktas artificiella polyoxometallater (POM) som oorganiska celler för att underlätta kemiska processer före livet och uppvisa "livsliknande" egenskaper. Men relevansen av POM för livsuppehållande processer (t.ex. mikrobiell andning) har ännu inte behandlats. "Med hjälp av exemplet Metallosphaera sedula, som växer i het syra och andas genom metalloxidation, undersökte vi om komplexa oorganiska system baserade på volfram POM-kluster kan upprätthålla tillväxten av M. sedula och generera cellulär proliferation och delning", säger Milojevic.

Forskare kunde visa att användningen av volframbaserade oorganiska POM-kluster möjliggör inkorporering av heterogena volframredoxarter i mikrobiella celler. De metallorganiska avlagringarna vid gränssnittet mellan M. sedula och W-POM löstes ner till nanometerintervallet under fruktbart samarbete med det österrikiska centret för elektronmikroskopi och nanoanalys (FELMI-ZFE, Graz). Våra fynd lägger till volframbelagd M. sedula till de växande registren över biomineraliserade mikrobiella arter, bland vilka arkéer sällan är representerade, säger Milojevic. Biotransformationen av volframmineralscheelite som utförs av den extrema termoacidofilen M. sedula leder till att scheelitestrukturen bryts, efterföljande solubilisering av volfram och volframmineralisering av mikrobiell cellyta (Figur 3). De biogena volframkarbidliknande nanostrukturerna som beskrivs i studien representerar ett potentiellt hållbart nanomaterial som erhålls genom den miljövänliga mikrobiellt assisterade designen.