Kredit:CC0 Public Domain
I det seneste papir fra Geobacter Lab ledet af mikrobiolog Derek Lovley ved University of Massachusetts Amherst, han og kolleger rapporterer om "et stort fremskridt" i søgen efter at udvikle elektrisk ledende protein nanotråde i bakterien Geobacter svovlreducens til brug som kemiske og biologiske sensorer. Detaljer vises i det aktuelle nummer af tidsskriftet American Chemical Society, ACS syntetisk biologi .
Elektrisk ledende protein nanotråde fundet i Geobacter har været genstand for intense undersøgelser i hans laboratorium i flere år, Loveley noterer, fordi de tilbyder så mange fordele i forhold til dyre silicium nanotråde og kulstof nanorør, der kræver giftige kemikalier og højenergiprocesser at producere.
Derimod Geobacters nanotråde kan masseproduceres bæredygtigt og dyrkes med vedvarende råmaterialer. De kræver lavt energiinput - et skøn siger, at det koster 100 gange mindre energi at producere dem end silicium nanotråde - og de kan genbruges, bemærker mikrobiologen. Protein nanotråde er mere følsomme, tyndere og mere fleksible end silikonetråde, så mere kan pakkes ind i et mindre rum, med bedre sanseevner. De er også stabile i vand eller kropsvæsker, en vigtig egenskab for biomedicinske applikationer.
Lovely, der opdagede de elektricitetsledende mikrober i Potomac River mudder for mere end 30 år siden, siger, "I vores tidligere forskning fokuserede vi på at tune ledningernes ledningsevne ved at modificere genet for det protein, som Geobacter samler i ledningen. Vi har nu en værktøjskasse af ledninger at vælge imellem med en million gange rækkevidde i ledningsevne. Det giver bred fleksibilitet til design af elektroniske enheder."
"En af de mest lovende applikationer til protein nanotråde er biomedicinske og miljømæssige sensorer, " forklarer han. "Vi ønsker at designe den ledning, der specifikt binder et biologisk eller kemikalie af interesse. Når det molekyle binder sig til ledningen, vil det være tydeligt som en ændring i det elektriske signal."
"Det næste mål var at se, om vi kunne ændre nanotrådenes overfladeegenskaber uden at ødelægge deres ledningsevne, hvilket er, hvad vi har vist i dette seneste proof-of-concept papir, " påpeger Lovley. Hans laboratoriums nylige undersøgelser viser, at peptider op til 9 aminosyrer lange kan tilføjes til nanotrådenes aminosyrerygrad, og at "dekorere" det med endnu flere peptider er muligt.
Forskerne testede to forskellige peptid-"dekorations"-scenarier - så navngivet, fordi peptiderne, der blev eksponeret langs ydersiden af ledningerne, er som små pærer på en række julelys, Loveley siger.
De konstruerede først en stamme af G. svovlreducens der lavede syntetiske nanotråde dekoreret med et seks-histidin "His-tag", der specifikt bandt nikkel til trådoverfladen. Dernæst demonstrerede de muligheden for at producere ledninger med to dekorationer, His-mærket og et "linker" ni-peptid "HA-mærke" eksponeret på den ydre overflade. De demonstrerede også, at antallet af dekorationer på ledningen kunne kontrolleres ved at indføre et genetisk kredsløb til at kontrollere ekspressionen af HA-mærket. Ingen af mærkerne formindskede ledningernes ledningsevne, fortæller forfatterne.
Disse brede muligheder for at modificere nanotrådene med peptider, plus deres "grønne, "Bæredygtige egenskaber lover yderligere fremskridt, siger forskerne. Nanotrådenes egenskaber "kan nu let ændres til at have nye funktionaliteter. F.eks. som vi viser i avisen, peptider kan designes til specifikt at binde kemikalier eller biologiske stoffer af interesse, hvilket vil være nyttigt til at designe nanotrådssensorer."