Skjulte bakteriehår driver naturens elektriske net

Et hårlignende protein skjult inde i bakterier fungerer som en slags tænd-sluk-knap for naturens "elektriske net, "et globalt net af bakteriegenererede nanotråde, der gennemsyrer al iltfri jord og dybe havbunde, Yale-forskere rapporterer i tidsskriftet Natur . "Jorden under vores fødder, hele kloden, er elektrisk forbundet, " sagde Nikhil Malvankar, assisterende professor i molekylær biofysik og biokemi ved Microbial Sciences Institute på Yale's West Campus og seniorforfatter af papiret. "Disse tidligere skjulte bakteriehår er den molekylære kontakt, der kontrollerer frigivelsen af ​​nanotråde, der udgør naturens elektriske net."

Næsten alle levende ting indånder ilt for at slippe af med overskydende elektroner, når næringsstoffer omdannes til energi. Uden adgang til ilt, imidlertid, jordbakterier, der lever dybt under havene eller begravet under jorden gennem milliarder af år, har udviklet en måde at respirere på ved at "ånde mineraler, "som at snorkle, gennem bittesmå proteinfilamenter kaldet nanotråde.

Hvordan disse jordbakterier bruger nanotråde til at udånde elektricitet, imidlertid, er forblevet et mysterium. Siden 2005 har videnskabsmænd havde troet, at nanotrådene består af et protein kaldet "pili" ("hår" på latin), som mange bakterier viser på deres overflade. Imidlertid, i forskning offentliggjort 2019 og 2020, et hold ledet af Malvankar viste, at nanotråde er lavet af helt forskellige proteiner. "Dette var en overraskelse for alle i feltet, sætter spørgsmålstegn ved tusindvis af publikationer om pili, " sagde Malvankar.

Til det nye studie, kandidatstuderende Yangqi Gu og Vishok Srikanth brugte kryo-elektronmikroskopi til at afsløre, at denne pili-struktur består af to proteiner og i stedet for selv at tjene som nanotråde, pili forbliver skjult inde i bakterierne og fungerer som stempler, at skubbe nanotrådene ud i miljøet. Tidligere havde ingen haft mistanke om en sådan struktur.

At forstå, hvordan bakterier skaber nanotråde, vil give videnskabsfolk mulighed for at skræddersy bakterier til at udføre en lang række funktioner – fra bekæmpelse af patogene infektioner eller biofarligt affald til at skabe levende elektriske kredsløb, siger forfatterne. Det vil også hjælpe forskere, der søger at bruge bakterier til at generere elektricitet, skabe biobrændstoffer, og endda udvikle selvreparerende elektronik.

Andre forfattere er Aldo Salazar-Morales, Ruchi Jain, Patrick O'Brien, Sophia Yi, Fadel A. Samatey, og Sibel Ebru Yalcin, alle fra Yale, samt Rajesh Soni fra Columbia University.