Биологические провода проводят электричество благодаря особым аминокислотам

Согласно исследованию, которое будет опубликовано в журнале mBio, тонкие бактериальные нанопровода требуют наличия определенных ключевых аминокислот для проведения электричества.

В природе бактерия Geobacter sulfurreducens использует эти нанопровода, называемые пилями, для транспорта электронов к удаленным частицам железа или другим микробам. Исследование в mBio показывает, что для превращения этих волосовидных отростков в функционирующие биологические провода требуется наличие ароматических аминокислот в их основе.

«Именно ароматические аминокислоты делают это проводом», — говорит ведущий автор Дерек Ловли. Ученые удалили ключевые ароматические аминокислоты из пилей и заменили их меньшими, неароматическими. Без этих компонентов пили становятся просто белковыми нитями.

G. sulfurreducens «дышит», удаляя электроны из органических материалов и направляя их к оксидам железа или другим микроорганизмам. Бактерии используют свои пили, чтобы дотянуться до оксидов железа, передавая «отработанные» электроны по структуре к цели. Пили Geobacter имеют ширину всего 3-5 нанометров, но могут достигать 20 микрометров в длину.

Ранее было показано, что пили G. sulfurreducens обладают металлоподобной проводимостью — способностью переносить электроны по непрерывной структуре, что является спорным открытием в биологии.

Чтобы исследовать этот механизм, ученые обратились к небиологическим органическим материалам, которые могут проводить электричество. «В этих синтетических материалах за проводимость ответственны ароматические соединения. Мы предположили, что, возможно, в пилях Geobacter это похоже. В данном случае это будут ароматические аминокислоты».

Используя генетические методы, они создали штамм Geobacter, который производит пили, лишенные ароматических аминокислот в ключевых областях. Затем они протестировали, могут ли эти пили по-прежнему проводить электричество. Они не могли. Удаление ароматических аминокислот также предотвращает восстановление железа бактериями, что служит дополнительным доказательством использования пилей в качестве нанопроводов для дыхания.

Понимание того, как бактерии перемещают свои электроны и как оптимизировать функцию пилей, может привести к улучшению технологий, таких как микробные топливные элементы или анаэробные реакторы, производящие метан из отходов.