Для бактерій без рота і без легень процес дихання трохи складніший, ніж для людини. Ми вдихаємо кисень і видихаємо вуглекислий газ. Geobacter – всюдисущий рід бактерій, що мешкають в підземних водах – поглинає органічні відходи і «видихає» електрони, генеруючи при цьому крихітний електричний струм.
Geobacter дихає через те, що по суті є гігантською трубкою, яка в сотні разів більша за них самих. Ця «трубка» називається нанодріт. Хоча ці крихітні нитки в 100 000 разів менше ширини людської волосини, вони здатні переміщати електрони в сотні і тисячі разів довше тіла окремого мікроба Geobacter. Завдяки цій адаптації Geobacter – одні з найбільш вражаючих респіраторів на Землі.
Тепер, в новому дослідженні, опублікованому 17 серпня в журналі Nature Chemical Biology, Ніхіл Малванкар, доцент Інституту мікробіології Єльського університету в Коннектикуті і його колеги з’ясували, як об’єднати цю енергію в потужну мікробну енергосистему.
Використовуючи передові методи мікроскопії, дослідники виявили «секретну молекулу», яка дозволяє Geobacter дихати на надзвичайно великі відстані, раніше небачені для бактерій. Команда також виявила, що, стимулюючи колонії Geobacter електричним полем, мікроби проводять електрику в 1000 разів ефективніше, ніж в природному середовищі.
У попередньому дослідженні Мальванкар і його колеги виявили, що вирощені в лабораторії мікроби Geobacter sulfurereducens демонструють ще один хитрий трюк для виживання при впливі на невеликій електрод або диск, який проводить електрику. Під впливом електричного поля мікроби збираються в щільні біоплівки – взаємопов’язані купи з сотень окремих мікробів, переміщаючи електрони через єдину загальну мережу.
Щоб розкрити секрети нанодроту, автори нового дослідження проаналізували культури вирощених в лабораторії Geobacter, використовуючи два передових методи мікроскопії. Перший, званий атомно-силовою мікроскопією високої роздільної здатності, збирав детальну інформацію про структуру нанодротів шляхом торкання їх поверхні надзвичайно чутливим механічним сенсором. За допомогою другого методу, званого інфрачервоною наноспектроскопією, дослідники ідентифікували певні молекули в нанодротів на основі того, як вони розсіюють входить інфрачервоне світло.
Дослідники використовували колонії Geobacter для живлення невеликої електроніки понад десять років. Великий плюс цих так званих мікробних паливних елементів – їх довговічність. Бактерії можуть відновлюватися і відтворюватися нескінченно довго, створюючи невеликий, але постійний електричний заряд.
Завдяки цьому новому дослідженню вчені тепер знають, як маніпулювати мікробними нанодротами, щоб зробити їх більш міцними. Ця інформація може спростити і здешевити виробництво біоелектроніки, сказав Малванкар, сподіваючись відкрити нове покоління екологічно чистих батарей з живленням від бактерій.
Читайте також: