Шок для бактерий активирует природную электрическую сеть
Океанское дно и почва под нашими ногами пронизаны крошечными нанопроводами — в 1/100 000 раз тоньше человеческого волоса. Их создают миллиарды бактерий, способных генерировать электрические токи из органических отходов. В новом исследовании, опубликованном 17 августа в журнале Nature Chemical Biology, учёные из Йеля описывают, как эту скрытую энергосеть можно активировать коротким импульсом электрического поля.
«Мы живём в электрическом мире, — сказал Нихил Малванкар, доцент молекулярной биофизики и биохимии в Институте микробных наук кампуса Йельского университета в Уэст-Кампусе и старший автор статьи. — Прочность и проводимость этих нанопроводов в сочетании со способностью бактерий к самовосстановлению могут помочь создать прочную, самовосстанавливающуюся электронику из живых клеток».
В средах без кислорода бактерия Geobacter «дышит», вытягивая крошечные белковые нити, называемые нанопроводами, в бактериальные сообщества, известные как биоплёнки. Это позволяет избавиться от избыточных электронов, образующихся при преобразовании органических отходов в электричество. Однако оставалось загадкой, как эти бактерии, которые выстраиваются друг на друге, как многоэтажки, передают электроны на расстояния, в 100 раз превышающие их размер.
В предыдущем исследовании команда показала, что нанопровода, состоящие из белка OmcS, содержат по всей своей длине крошечные металлические строительные блоки — гемы. OmcS проводит электричество. Новое исследование показало, что при стимуляции электрическим полем бактерии производят ранее неизвестные нанопровода из другого, более эффективного белка — OmcZ. Он передаёт электричество в 1000 раз эффективнее, чем OmcS.
Эту работу возглавила Сибель Эбру Ялчин, научный сотрудник Института микробных наук Йеля, вместе с аспирантами Дж. Патриком О'Брайеном, Янки Гу и Кристал Рейсс.
«Удивительно, но нанопровода могут выдерживать и функционировать в экстремально кислых средах, где большинство белков разрушается, — отметила Ялчин. — Это даёт уникальную возможность для разработки новых сенсоров и высокоустойчивых материалов».