Учёные открыли бактерии, которые «дышат» железом и очищают среду от токсичного сульфида

Схема бактерий MISO на частице минерала оксида железа(III). Автор: Александрой Лой

Международная группа учёных под руководством микробиологов Марка Мусманна и Александра Лоя из Венского университета обнаружила новый тип микробного метаболизма: так называемые бактерии MISO «дышат» минералами железа, окисляя токсичный сульфид.

Исследователи выяснили, что реакция между токсичным сероводородом и твёрдыми минералами железа — это не только химический процесс, но и ранее неизвестный биологический процесс. Универсальные микробы в морских отложениях и наземных водно-болотных угодьях удаляют токсичный сульфид и используют его для роста. Эти бактерии могут предотвращать распространение бескислородных «мёртвых зон» в водной среде.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Дыхание железными минералами для детоксикации сульфида

Специализированные микробы в бескислородных средах, таких как морские отложения, водно-болотные угодья и пресноводные водоносные горизонты, производят сероводород — токсичный газ с характерным запахом тухлых яиц. Взаимодействие между сульфидом и твёрдыми минералами оксида железа(III), такими как ржавое железо, играет ключевую роль в контроле концентраций сульфида.

До сих пор биогеохимические модели рассматривали эту реакцию как чисто абиотическую. Теперь же выяснилось, что микроорганизмы также могут использовать её для роста.

Мы показываем, что эта экологически важная редокс-реакция не является исключительно химической. Микроорганизмы также могут использовать её для роста.

Новый микробный энергетический метаболизм, сокращённо названный MISO, связывает восстановление оксида железа(III) с окислением сульфида. В отличие от химической реакции, MISO непосредственно производит сульфат, эффективно обходя промежуточные этапы цикла серы.

Бактерии MISO удаляют токсичный сульфид и могут помочь предотвратить расширение так называемых «мёртвых зон» в водной среде, одновременно фиксируя углекислый газ для роста — подобно растениям.

Конкреции оксида железа(III), найденные на пляже. Автор: Александр Лой

Пример среды обитания бактерий MISO — почва водно-болотных угодий (фото торфяника в Германии). Автор: Александр Лой

Пример среды обитания бактерий MISO — морские отложения (фото образца из арктического фьорда на Шпицбергене). Автор: Александр Лой

Глобально важный процесс, превосходящий химию

В лабораторных экспериментах с культивированной бактерией MISO исследователи продемонстрировали, что ферментативно катализируемая реакция происходит быстрее, чем эквивалентная химическая реакция. Это говорит о том, что микробы являются основными движущими силами этого процесса в природе.

В морских отложениях MISO может составлять до 7% глобального окисления сульфида до сульфата, что обусловлено значительным потоком реактивного железа из рек и тающих ледников в океаны.

Открытие команды Венского университета раскрывает ранее неизвестный биологический механизм, который связывает циклы серы, железа и углерода в бескислородных средах.

Это открытие демонстрирует метаболическую изобретательность микроорганизмов и подчеркивает их незаменимую роль в формировании глобальных циклов элементов на Земле.

Больше информации: Song-Can Chen et al, Microbial iron oxide respiration coupled to sulfide oxidation, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09467-0