Nature子刊：细菌也“财迷”对黄金情有独钟？

一种叫做Moorella hertocetica的细菌不会免费工作。但是加州大学伯克利分校的研究人员发现它对黄金有兴趣。作为对这种特殊的交换方式，这种细菌揭示了通过人工光合作用生产太阳能燃料的更有效途径。

在加州大学伯克利分校化学学院教授Peidong Yang领导的一项研究中，M. thermoacetica首次作为第一个进行人工光合作用的非光敏细菌亮相。通过将由硫化镉( CdS )制成的光吸收纳米粒子附着到细菌的细胞膜外部，研究人员将M. thermoacetica变成了一台微型光合作用机器，将阳光和二氧化碳转化为有用的化学物质。

现在杨和他的研究小组已经找到了一种更好的方法来诱导这种依赖二氧化碳的细菌变得更有生产力。通过将吸光的金纳米团簇放入细菌内部，他们创造了一个生物杂交系统，比之前证明的产生更高产量的化学产品。这项由国家卫生研究院资助的研究于10月1日发表在《自然纳米技术》“Nature Nanotechnology”杂志上。

对于第一个混合模型-M. thermoacetica - CdS，因为它具有吸收可见光的能力，所以研究人员选择硫化镉作为半导体。但是由于硫化镉对细菌有毒，纳米颗粒必须“细胞外”或在M. thermoacetica - CdS系统之外附着在细胞膜上。阳光激发每一个硫化镉纳米粒子产生一个称为电子的带电粒子。当这些光产生的电子穿过细菌时，它们在一个被称为“CO2还原”的过程中与多种酶相互作用，引发一连串反应，最终将CO2转化为醋酸盐，这是一种用于制造太阳能燃料的有价值的化学物质。

但是在细胞外模型中，电子最终会与其他化学物质相互作用，这些化学物质不会参与将二氧化碳转化为乙酸盐。结果，一些电子丢失，永远无法与酶接触。因此，为了提高所谓的“量子效率”，或者细菌每次产生醋酸盐时获得电子的能力，研究人员发现了另一种半导体：由22个金原子( Au22 )构成的纳米团簇，这种材料是M. thermoacetica令人惊讶的亮点。

“我们选择Au22是因为它是吸收可见光的理想选择，并且有潜力推动二氧化碳的减少过程，但是我们不确定它是否会与细菌相容，” Yang说。“当我们在显微镜下对它们进行观察时发现M. thermoacetica细菌在装载了这些Au22纳米团簇时，仍可以快乐地活着。”

加州大学伯克利分校的分子成像中心对M. thermoacetica- Au22系统进行了成像。

研究人员还选择了Au22- 被研究人员戏称为“神奇”金纳米团簇，因为它的超小尺寸：单个Au22纳米团簇的直径只有1纳米，且允许每个纳米团簇轻易地穿过细菌细胞壁。

Yang教授表示：“通过给细菌喂食Au22纳米团簇，我们有效地简化了细菌内部还原CO2途径中的电子转移过程，量子效率为2.86 %，比CdS模型还高33 %。

神奇的金纳米团簇是Yang教授课题组的最新发现，在过去六年里，该实验室一直致力于利用生物杂化纳米结构将二氧化碳转化为有用的化学物质，作为寻找廉价、丰富的可再生燃料资源以及防止气候变化影响的潜在解决方案的一部分。

Yang 教授称：“接下来，我们想找到一种方法来降低成本，提高这些生物混合系统的寿命，并提高量子效率，通过继续研究金纳米团簇如何被光活化的基本方面，并通过跟踪CO2还原途径中的电子转移过程，我们希望找到更好的解决方案。”

Yang 教授的合著者是加州大学伯克利分校研究生Hao Zhang和前博士后研究员Hao Liu，现任职于中国上海的东华大学。