Bakterie produkują przewody elektryczne

Nieznane dotychczas właściwości bakterii z rodziny Geobacter mogą przyczynić się do rewolucji w nanotechnologii i bioelektronice. Naukowcy z University of Massachusetts Amherst odkryli, że produkowane przez bakterię włókna świetnie przewodzą prąd. Dlatego też uczeni zaczęli o nich mówić „bakteryjne nanoprzewody". Naturalne włókna są równie efektywne jak przewodzące polimery, a ładunek elektryczny podróżuje nimi na znaczne odległości - tysiące razy większe niż długość samej bakterii.

Możliwość przewodzenia w ten sposób prądu przez białkowe włókna to zwrot w biologii, który pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób zachodzą różne procesy naturalne. Będzie to można również wykorzystać w praktyce - mówi mikrobiolog Derek Lovley.

Zdaniem fizyka Nikhila Malvankara odkrycie to zrewolucjonizuje naszą wiedzę o bakteryjnych biofilmach. U tego gatunku biofilm zawiera proteiny, które zachowują się jak metale, przewodząc prąd na bardzo duże odległości - mówi Malvankar.

To odkrycie jest bardzo istotne nie tylko z punktu widzenia biologii, ale również materiałoznawstwa. Możemy teraz badać różne nanomateriały, które są naturalne, nietoksyczne, łatwiejsze w produkcji i tańsze niż materiały wytwarzane przez człowieka. Niewykluczone, że pozwolą one nawet na wykorzystywanie elektroniki w wodzie i wilgotnych środowiskach. Otwiera to nowe możliwości zarówno w dziedzinie biologii jak i produkcji energii - stwierdził inny fizyk, Mark Tuominen.

Dotychczas sądzono, że aby białkowe włókna zachowywały się jak metale, konieczna jest obecność dodatkowych protein, zwanych cytochromami. Uczeni z UMass Amherst zauważyli występowanie bardzo dobrego przewodnictwa bez obecności cytochromów.

W naturze Geobacter wykorzystuje białkowe nanowłókna w czasie procesu podobnego do oddychania. To, co Geobacter robi ze swoimi nanowłóknami można porównać z oddychaniem przez rurkę o długości 10 kilometrów - mówi Malvankar.

Już w 2005 roku uczeni z University of Massachusetts stwierdzili na łamach „Nature", że nanowłókna produkowane przez Geobacter mogą charakteryzować się nieznanymi dotychczas właściwościami. Nie potrafili jednak dokładnie określić natury i mechanizmu działania włókien, przez co ich twierdzenia spotkały się ze znacznym sceptycyzmem.

Podczas eksperymentów laboratoryjnych naukowcy zauważyli, że Geobacter rozmnażają się na elektrodach i wytwarzają tam gruby, przewodzący prąd biofilm. Dalsze badania wykazały, że przewodnictwo jest możliwe dzięki produkowanej przez bakterie siatce białkowych nanowłókien. Okazało się również, że ich strukturę można łatwo zmieniać w zależności od potrzeb. Wystarczy bowiem zmiana temperatury otoczenia lub manipulowanie ekspresją genów, by uzyskać nanowłókna o różnych właściwościach.

Geobacter przewodnictwo nanowłókna białko