Czy złoto można „wyhodować” z bakterii? – mikroorganizmy, które potrafią wydobywać metale z minerałów

Nie tylko alchemicy marzyli o tworzeniu złota – dziś tym zajmują się mikroorganizmy. Naukowcy odkryli, że niektóre bakterie potrafią uwalniać metale z minerałów lub nawet wytrącać czyste cząstki złota. Dzięki temu pojawia się realna wizja ekologicznego odzysku metali szlachetnych z rud i odpadów elektronicznych.

Obraz: AI

Spis treści:

1. 1. Co właściwie znaczy „wyhodować” złoto?

2. 2. Jak bakterie potrafią przekształcać metale?

3. 3. Najciekawsze mikroorganizmy „złotnicy”

4. 4. Zastosowanie w praktyce: biomining i recykling

5. 5. Plusy, minusy i ograniczenia tej metody

6. 6. W jakim kierunku zmierzają badania?

Choć brzmi to jak fantastyka, niektóre bakterie naprawdę potrafią tworzyć złoto – nie z niczego, lecz z jego rozpuszczonych form obecnych w środowisku. Wykorzystują do tego naturalne reakcje biologiczne, które redukują jony metalu do postaci czystego złota. To odkrycie otwiera drogę do nowych, ekologicznych sposobów odzyskiwania metali szlachetnych, bez użycia toksycznych substancji chemicznych i wysokich temperatur.

Co właściwie znaczy „wyhodować” złoto?

Pojęcie „hodowania złota” to oczywiście skrót myślowy. Mikroorganizmy nie tworzą złota z innych pierwiastków, jak w alchemicznych legendach. Zamiast tego wykorzystują istniejące formy chemiczne złota – jony Au(III) lub Au(I) – i redukują je do postaci metalicznej Au(0).

Proces może przebiegać na kilka sposobów: poprzez mobilizację złota z minerałów, czyli jego uwolnienie z matrycy skalnej, albo przez wytrącanie rozpuszczonych jonów i ich przekształcanie w trwałe cząstki. Takie biologiczne procesy określa się terminami bioleaching (biologiczne ługowanie) i biomineralizacja (tworzenie minerałów przez organizmy). Właśnie te dwa mechanizmy stały się podstawą nowego, dynamicznie rozwijającego się obszaru badań – biogórnictwa.

Jak bakterie potrafią przekształcać metale

Niektóre bakterie wydzielają związki chelatujące, które wiążą metale i zmieniają ich rozpuszczalność. To zjawisko obserwowano m.in. u gatunku Delftia acidovorans, który produkuje unikalny peptyd zwany delftibactinem. Substancja ta działa jak naturalny filtr – wiąże toksyczne jony złota i przekształca je w nieszkodliwe, metaliczne cząstki, które odkładają się wokół komórki.

Inne bakterie, np. Cupriavidus metallidurans, stosują zupełnie inny mechanizm. Posiadają zestaw genów, które regulują reakcje redoks w obecności metali ciężkich. Dzięki temu potrafią redukująco „osadzać” złoto zarówno wewnątrz komórek, jak i na ich powierzchni. W efekcie powstają drobne złote granulki, często widoczne w biofilmach pod mikroskopem. To swoisty mechanizm obronny – złoto w formie jonowej jest dla mikroorganizmów toksyczne, więc przekształcają je w nierozpuszczalną postać metaliczną, która już im nie szkodzi.

Najciekawsze mikroorganizmy „złotnicy”

Najbardziej znane są dwa gatunki:

• Delftia acidovorans – „chemiczny alchemik” wytwarzający delftibactin, odpowiedzialny za wytrącanie czystego złota.

• • • Cupriavidus metallidurans – mikroorganizm „metaloodporny”, który potrafi tworzyć złote nanocząstki i radzić sobie w środowisku bogatym w metale ciężkie.

Nie są one jednak jedyne. Inne bakterie, takie jak Alcaligenes faecalis, Pseudomonas czy Bacillus, również wykazują zdolność do syntezy złotych nanocząstek (AuNP). Wiele eksperymentów wskazuje, że to całe społeczności biofilmów, a nie pojedyncze szczepy, odpowiadają za największą skuteczność w tworzeniu i koncentracji złota.

Zastosowanie w praktyce: biomining i recykling

Technologia biominingu (czyli biogórnictwa) jest już używana w przemyśle do odzysku miedzi, niklu czy uranu. W przypadku złota naukowcy pracują nad zastosowaniem podobnych metod do oczyszczania rud i odzysku metalu z odpadów elektronicznych. Badania pokazują, że bakterie takie jak Alcaligenes faecalis potrafią odzyskiwać złoto z popiołów, płytek drukowanych i starych układów elektronicznych.

To ogromny potencjał – współczesne „e-odpady” zawierają nawet więcej złota na tonę materiału niż klasyczna ruda. Dzięki mikrobom można więc połączyć recykling z ochroną środowiska, ograniczając potrzebę stosowania cyjanku i innych toksycznych reagentów.

Plusy, minusy i ograniczenia tej metody

Zaletą biologicznego odzysku złota jest przede wszystkim ekologia i bezpieczeństwo. Nie wymaga on użycia żrących chemikaliów, działa w temperaturach pokojowych i może być stosowany tam, gdzie klasyczne metody są zbyt kosztowne. Do tego procesy te są naturalnie selektywne – bakterie wybierają określone metale, co pozwala unikać niepotrzebnych reakcji ubocznych.

Niestety, wydajność wciąż stanowi problem. Biologiczne procesy trwają dłużej, a mikroorganizmy bywają wrażliwe na zmiany pH, temperatury czy stężenia metali. Trudności sprawia też skalowanie – to, co działa w probówce, nie zawsze działa w dużym bioreaktorze. Mimo to badacze są zgodni: to jeden z najbardziej obiecujących kierunków „zielonej chemii przemysłowej”.

W jakim kierunku zmierzają badania?

Współczesne laboratoria coraz intensywniej koncentrują się na modyfikacji genetycznej bakterii w celu przyspieszenia i ukierunkowania procesów biomineralizacji. Badania te pozwalają mikroorganizmom efektywniej redukować jony metali i odkładać je w postaci stabilnych struktur mineralnych. Równolegle powstają tzw. biohybrydowe systemy, które łączą bakterie z membranami, nośnikami lub reaktorami przepływowymi. Takie rozwiązania umożliwiają precyzyjną kontrolę parametrów reakcji, takich jak pH, temperatura czy stężenie substratów.

Szczególnie dynamicznie rozwija się biosynteza nanocząstek złota (AuNP), wykorzystywanych m.in. w diagnostyce medycznej, terapii celowanej i nowoczesnej elektronice. W przyszłości te same mikroorganizmy mogą jednocześnie uczestniczyć w oczyszczaniu odpadów przemysłowych i wytwarzaniu materiałów o wysokiej wartości dodanej. Nie jest to złota alchemia, lecz realny kierunek biotechnologii, w którym bakterie stają się sprzymierzeńcem zarówno ekologii, jak i przemysłu.

Źródła:

• 1. Johnston, Chad W., Morgan A. Wyatt, Xiang Li, Ashraf Ibrahim, J. Shuster, Gordon Southam, i Neil A. Magarvey. „Gold biomineralization by a metallophore from a gold-associated microbe.” Nature Chemical Biology 9, no. 4 (2013). https://doi.org/10.1038/nchembio.1179.

• 2. Reith, Frank, B. Etschmann, C. Grosse, H. Moors, M. A. Benotmane, P. Monsieurs, G. Grass, et al. „Mechanisms of gold biomineralization in the bacterium Cupriavidus metallidurans.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106, no. 42 (2009). https://doi.org/10.1073/pnas.0904583106.

• 3. Montero-Silva, Francisco, Nelson Durán, and Michael Seeger. „Synthesis of extracellular gold nanoparticles using Cupriavidus metallidurans CH34 cells.” IET Nanobiotechnology 12, no. 1 (2018). https://doi.org/10.1049/iet-nbt.2017.0185.

• 4. Pineda, Y. S., K. A. B.-C., S. L. D., and N. C. S. „Bioleaching of Gold in Mine Tailings by Alcaligenes faecalis.” Minerals 13, no. 3 (2023). https://doi.org/10.3390/min13030410.