Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Elektryczność w skali nano
Badacze dokonali zaskakującego odkrycia, jak bakterie żyjące w glebie i osadach są zdolne do przewodzenia elektryczności. Naukowcy ustalili, że drobnoustroje zawdzięczają to odpowiedniemu mechanizmowi biologicznemu, którego nigdy wcześniej nie odnotowano w przyrodzie – mechanizm ten, może zostać wykorzystany do miniaturyzowania elektroniki, tworzenia potężnych, a zarazem niewielkich rozmiarów baterii, budowania rozruszników bezprzewodowych oraz rozwijania wielu cennych wynalazków medycznych.

 

Naukowcy opierali się na założeniu, że szczep Geobacter sulfurreducens przewodzi elektryczność przez przypominające włoski pile. Jednak po latach badacze ustalili, że bakterie przekazują energię elektryczną poprzez odpowiednio uporządkowane włókna z całkowicie innego białka, które otaczają rdzeń cząsteczek zawierających metal, podobnie jak przewód elektryczny, zawierający metalowe druty. Ten „nanoprzewód” jest jednak 100 tysięcy razy mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa.

Zdaniem naukowców ta niewielka, lecz uporządkowana struktura może być niezwykle przydatna w wielu dziedzinach – od wykorzystania w bioenergetyce, po procesy usuwania zanieczyszczeń i tworzenia czujników biologicznych. Odkrycie to może faktycznie stanowić pomost między elektroniką a zastosowaniem żywych komórek.

Obecnie istnieje wiele rodzajów urządzeń medycznych, które mogą zostać wszczepione, a co więcej są połączone z tkankami, niczym rozruszniki serca z drutami. Dzięki temu można znaleźć rozwiązanie, gdzie miniaturowe urządzenia będą faktycznie połączone przez włókna białkowe. Pozwala to na miniaturyzację wielu urządzeń elektronicznych generowanych przez bakterie, a tym samym wdrożenie ich w życie.

Bakterie Geobacter odgrywają istotną rolę w glebie, gdzie ułatwiają obieg składników mineralnych, a także oczyszczają ją z odpadów radioaktywnych. Przeżywają w środowisku beztlenowym i używają „nanodrutów”, w celu pozbycia się nadmiaru elektronów, co można uznać za proces przypominający oddychanie. Te nanoprzewody fascynują naukowców, jednak dopiero teraz badacze byli w stanie określić, w jaki sposób G. sulfurreducens wykorzystują te organiczne przewody do przesyłania energii elektrycznej.

Technologia pozwalająca zrozumieć istotę nanoprzewodów nie istniała, aż do momentu, kiedy około pięć lat temu postępy w mikroskopii krioelektronowej pozwoliły na uzyskanie obrazów wysokiej rozdzielczości. Badacze dysponują teraz jednym z tych przyrządów bazujących na UVA, a zatem mają możliwość rzeczywistego zrozumienia struktury tych włókien na poziomie atomowym. To tylko jedna z wielu tajemnic, które udało im się teraz rozwiązać za pomocą wspomnianej technologii. Tak jak wirus, który może przetrwać we wrzącym kwasie, tak samo będą i inne problemy czy niewiadome.

Naukowcy zauważyli, że dzięki zrozumieniu świata przyrody, w tym także tego w skali nano, badacze i producenci będą mogli zyskać wiele cennych spostrzeżeń oraz przydatnych pomysłów. Najlepszym przykładem, jest jedwab pająka, który jest wykonany z białek, właśnie takich jak te omawiane „nanodruty”, jednak jest on znacznie silniejszy niż stal. Dzięki miliardom lat ewolucji natura rozwinęła materiały, które posiadają niezwykłe właściwości i warto to wykorzystać.

Źródła

Fengbin Wang, Yangqi Gu, J. Patrick O’Brien, Sophia M. Yi, Sibel Ebru Yalcin, Vishok Srikanth, Cong Shen, Dennis Vu, Nicole L. Ing, Allon I. Hochbaum, Edward H. Egelman, Nikhil S. Malvankar. Structure of Microbial Nanowires Reveals Stacked Hemes that Transport Electrons over Micrometers. Cell, 2019; 177 (2): 361.

KOMENTARZE
Newsletter