Stød til bakterier aktiverer naturens elektriske net

Havbunden og jorden under vores fødder er fyldt med små nanotråde - 1/100, 000. bredden af ​​et menneskehår – skabt af milliarder af bakterier, der kan generere elektriske strømme fra organisk affald. I ny forskning offentliggjort 17. august i tidsskriftet Naturens kemiske biologi , Yale-forskere beskriver, hvordan dette skjulte elnet kunne aktiveres med et kort stød af elektrisk felt.

"Vi lever i en elektrisk verden, " sagde Nikhil Malvankar, assisterende professor i molekylær biofysik og biokemi ved Microbial Science Institute på Yale's West Campus og seniorforfatter af papiret. "Styrken og ledningsevnen af ​​disse nanotråde, kombineret med bakteriers evne til at reparere sig selv, kunne være med til at skabe holdbare, selvhelbredende, elektronik ud af levende celler."

I miljøer uden ilt, bakterien Geobacter "ånder" ved at projicere bittesmå proteinfilamenter kaldet nanotråde ind i bakteriesamfund kendt som biofilm for at bortskaffe overskydende elektroner som følge af omdannelsen af ​​organisk affald til elektricitet. Men det er forblevet et mysterium, hvordan disse bakterier, som stabler sig oven på hinanden som højhuse i lejligheder, sende elektroner over afstande 100 gange deres størrelse.

I tidligere forskning, holdet viste, at nanotråde bestående af et protein kaldet OmcS indeholdt bittesmå metalliske byggesten, eller hemes, i hele deres længde. OmcS overfører elektricitet. Den nye undersøgelse viste, at når den stimuleres af et elektrisk felt, bakterierne producerer hidtil ukendte nanotråde af en anden, mere effektivt protein, OmcZ. Den overfører elektricitet 1, 000 gange mere effektivt end OmcS.

Sibel Ebru Yalcin, en forsker ved Yale's Microbial Sciences Institute, ledet dette arbejde med kandidatstuderende J. Patrick O'Brien, Yangqi Gu og Krystle Reiss.

"Overraskende nok, nanotråde kan modstå og fungere i ekstremt sure miljøer, hvor de fleste proteiner nedbrydes, "Yalcin bemærkede. "Dette giver en unik mulighed for at udvikle nye sensorer og meget elastiske materialer."