Cách vi sinh vật có thể tồn tại trong môi trường axit sôi sùng sục

Suối lưu huỳnh của Công viên Yellowstone ở Mỹ bề ngoài hoàn toàn không thể ở được, nhưng vẫn có những vi sinh vật sống sót trong vùng nước nóng và có nồng độ axit rất cao.

Các nhà khoa học đã khám phá ra bí mật giúp chúng có thể làm được điều này.

Có một số suối nước nóng địa nhiệt ở Vườn quốc gia Yellowstone, trên thực tế, nước trong đó gần như có thể coi là axit sôi. Con người trong điều kiện như vậy sẽ không tồn tại được lâu.

Năm 2021, nhiều người đã bị sốc trước thông tin về một du khách bất cẩn rơi vào nguồn axit. Anh sau đó đã chết vì bỏng và thân thể đã bị tan rã chỉ sau một đêm.

Tuy nhiên, có những vi sinh vật đang tồn tại và thậm chí phát triển mạnh trong môi trường này. Để hiểu cách chúng làm điều này, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã nghiên cứu một loài vi khuẩn cổ ưa axit có tên là Sulfolobus acidocaldarius.

Vi sinh vật này là nhà vô địch thực sự về khả năng sống còn trong môi trường khắc nghiệt . Chúng cho thấy có khả năng sinh tồn mạnh mẽ nhất ở nhiệt độ 80 độ C và môi trường có tính axit rất cao. Hơn nữa, bằng cách oxy hóa lưu huỳnh, Sulfolobus acidocaldarius tự tạo ra axit sulfuric tinh khiết để chúng có thể sống trong đó.

Sử dụng kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh (cryo-electron microscopy), các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các tế bào bí ẩn và tìm thấy trong thành phần của chúng một loại protein chưa từng được biết đến trước đây, hình thành nên các cấu trúc giống như sợi tóc cực kỳ chắc chắn.

Các nhà khoa học đã phân lập protein này từ các tế bào, đông lạnh nó ở nhiệt độ rất thấp và hiển thị nó bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy, viết tắt: TEM). Điều này cho phép tạo ra hình ảnh ba chiều chi tiết của protein với độ phân giải nguyên tử.

Hóa ra cấu trúc giống như sợi tóc này bao gồm các đoạn riêng biệt, có hình dạng giống nòng nọc, trong đó “đuôi” của một đoạn được lồng vào “đầu” của đoạn tiếp theo.

Nhờ những “sợi tóc” này, các tế bào vi khuẩn cổ riêng lẻ được kết hợp thành một màng sinh học bền vững, cho phép chúng duy trì sự tiếp xúc giữa các tế bào, trao đổi vật liệu di truyền và tiếp tục axit hóa môi trường để ngăn chặn các yếu tố bất lợi có thể xảy ra.

Dữ liệu mới không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cách các sinh vật nhỏ bé tồn tại trong môi trường khắc nghiệt, mà còn có thể giúp phát triển các vật liệu nano bền nhưng có khả năng phân hủy sinh học.

Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Communications – tạp chí được xếp hạng là một trong các chuyên san khoa học uy tín hàng đầu thế giới .