Цитохромы во внеклеточном переносе электронов у бактерий рода Geobacter

Внеклеточный перенос электронов (ВПЭ) — важный биологический процесс в физиологии микроорганизмов, участвующий в диссимилятивном окислении и восстановлении металлов, а также в межвидовом переносе электронов при синтрофии в природных экосистемах. ВПЭ также играет критическую роль у микроорганизмов, имеющих значение для экологической биотехнологии: в районах, загрязнённых металлами, при коррозии металлов, в биоэлектрохимических системах и анаэробных метантенках. Бактерии рода Geobacter обитают в самых разных природных и искусственных средах. Одно из ключевых свойств этих бактерий — способность к прямому ВПЭ с твёрдыми донорами и акцепторами электронов, включая металлы, электроды и другие клетки. Поэтому бактерии рода Geobacter имеют большое значение для биогеохимических циклов в окружающей среде и биотехнологии. Geobacter sulfurreducens, представитель этого рода, изучается как модельный микроорганизм прямого ВПЭ. Он использует электропроводящие пили (e-pili) и цитохромы типа c для прямого ВПЭ. Биологическая функция e-pili и их применение в электронике недавно были рассмотрены в отдельных обзорах; настоящая обзорная статья посвящена цитохромам. В геномах бактерий рода Geobacter закодировано необычно большое количество цитохромов. В отличие от большинства других микроорганизмов, бактерии рода Geobacter локализуют несколько цитохромов в каждом из субклеточных компартментов — наружной и внутренней мембранах, периплазме, а также во внеклеточном пространстве — и дифференцированно используют эти цитохромы для ВПЭ с различными донорами и акцепторами электронов. Некоторые цитохромы функционально избыточны. Поэтому ВПЭ у Geobacter представляет собой сложный процесс. Бактерии рода Geobacter координируют работу цитохромов с другими клеточными компонентами сложной системы ВПЭ, что позволяет им успешно существовать в окружающей среде.