Mješovita bakterijska zajednica otkrivena je u mineralnom agregatu sekundarnih arsenskih minerala koji su izvađeni s 28 metra dubine iz rudnika poznatog kao jedinstveno ležište teških metala bogato arsenom, talijem i drugim toksičnim elementima. Rad ovih znanstvenika objavio je prestižni časopis, Journal of Hazardous Materials (IF 9.038), koji spada u prvih tri posto najboljih časopisa u području Znanosti o okolišu.

Rezultati znanstvenih istraživanja objavljeni su pod naslovom “Novel arsenic hyper-resistant bacteria from an extreme environment, Crven Dol mine, Allchar, North Macedonia”. Kao što je poznato, arsen i njegovi spojevi su izuzetno toksični i dobro poznati otrovi još iz rane ljudske povijesti. U okoliš se oslobađaju različitim prirodnim procesima trošenja ili antropogenim aktivnostima. Kontaminacija podzemnih i površinskih voda arsenom koje su glavni izvor pitke vode za milijune ljudi širom svijeta predstavlja veliki problem za javno zdravstvo.

Proučavanje mehanizama relevantnih za prilagodbu na ekstremne koncentracije arsena od posebne je važnosti za bolje razumijevanje evolucijskih procesa koji su doveli do razvoja velike otpornosti na toksične metale. U ovom radu su otkrivene filogenetski raznolike bakterije koje uklopljene u izvanstanični polimerni matriks na površini minerala stvaraju bakterijski biofilm (Slika 1). Na slici se uočavaju i biološke nano-žice koje sudjeluju u prijenosu elektrona (između stanica ili između stanica i čvrste faze), a zajedno s matriksom pomažu u preživljavanju i ostvarivanju specifičnih funkcionalnih odnosa između bakterijskih stanica unutar biofilma.

Slika 1  Pretražnim  elektronskim mikroskopom analizirane su stanice bakterije Stenotrophomonas sp. i bakterijskog konzorcija te stanice koje su bile izložene najvećoj tolerirajućoj koncentraciji arsenata ili arsenita. Bijela strelica pokazuje na biološke nano-žice dok su mogući ostaci matriksa prikazani žutim krugovima.

Filogenetske analize pomoću 16S rRNA markera pokazale su da izolati pripadaju do sada neopisanim bakterijskim vrstama roda Stenotrophomonas i roda Microbacterium te jednoj mješovitoj kulturi bakterija koje pripadaju rodovima Luteimonas, Olivibacter i Parapedobacter. Ove udaljene bakterijske vrste koje su svrstane u bakteriodete, aktinobakterije i γ-proteobakterije sigurno se međusobno podupiru svojim staničnim aktivnostima ili metabolitima kako bi preživjele izrazito surov okoliš. Neobično velika otpornost ovog bakterijskog konzorcija na arsenove spojeve barem djelomično se može objasniti prisustvom gena na njihovim genomima koji kodiraju za specifične transmembranske efluks transportere (ArsB, Acr3(1) i Acr3(2)).

Kao što je i prikazano u grafičkom sažetku (Slika 2) rada najveću i do sada u literaturi ne zabilježenu toleranciju na arsen pokazuje bakterija Stenotrophomonas sp., koja preživljava izuzetno visoke konecentracije arsenita (32 g/L), a posebno arsenata (176 g/L).  Ovo područje istraživaja je izuzetno interesantno jer stanični mehanizmi otpornosti na toksične metale nisu do kraja razjašnjeni i zato će bakterije otkrivene u ovoj studiji  biti dobri modeli za traženje novih staničnih procesa i proteina koji značajno povećavaju toleranciju stanica na toksične metale.

Slika 2.  U ovom grafičkom sažetku prikazuje se mjesto uzorkovanja minerala u rudniku Crven Dol (lijevo), slika bakterijskog konzorcija dobivena pretražnim elektronskim mikroskopom sa stanicama na kojima su shematski nacrtane do sada detektirane efluks pume i biološke nano-žice (sredina) te različita otrpornost bakterijskih izolata na arsenove spojeve (desno).

Uz ova temeljna znantsvena pitanja izolirane bakterije su pokazale sposobnost akumulacije arsena. S obzirom na ovaj genetički potencijal ove bakterije  se mogu primjenom različitih tehnika molekularne biologije i bioinženjerstva optimirati i koristiti u bioremedijaciji ili različitim industrijskim procesima.