Een schok voor bacteriën activeert het elektriciteitsnet van de natuur

De oceaanbodem en de grond onder onze voeten zijn bezaaid met kleine nanodraden – 1 / 100.000ste van de breedte van een mensenhaar – gecreëerd door miljarden bacteriën die elektrische stromen kunnen genereren uit organisch afval. In nieuw onderzoek gepubliceerd op 17 augustus in het tijdschrift Nature Chemical Biology, Beschrijven Yale-onderzoekers hoe dit verborgen elektriciteitsnet kan worden geactiveerd met een korte schok van een elektrisch veld.

“We leven in een elektrische wereld”, zegt Nikhil Malvankar, assistent-professor moleculaire biofysica en biochemie aan het Microbial Science Institute op Yale’s West Campus en senior auteur van het artikel. “De sterkte en het geleidingsvermogen van deze nanodraden, in combinatie met het vermogen van bacteriën om zichzelf te herstellen, zou kunnen helpen bij het creëren van duurzame, zelfherstellende elektronica uit levende cellen.”

In omgevingen zonder zuurstof ‘ademt’ de bacterie Geobacter door kleine eiwitfilamenten genaamd nanodraden te projecteren in bacteriële gemeenschappen die bekend staan ​​als biofilms om overtollige elektronen af ​​te voeren die het gevolg zijn van de omzetting van organisch afval in elektriciteit. Maar het is een raadsel gebleven hoe deze bacteriën, die zich op elkaar stapelen als flatgebouwen, elektronen over afstanden sturen die 100 keer zo groot zijn.

In eerder onderzoek toonde het team aan dat nanodraden die bestaan ​​uit een eiwit dat OmcS wordt genoemd, over hun hele lengte minuscule metalen bouwstenen of hemes bevatten. OmcS zendt elektriciteit uit. De nieuwe studie wees uit dat de bacteriën, wanneer ze worden gestimuleerd door een elektrisch veld, voorheen onbekende nanodraden produceren van een ander, efficiënter eiwit, OmcZ. Het zendt elektriciteit 1.000 keer efficiënter uit dan OmcS.

Sibel Ebru Yalcin, een onderzoekswetenschapper aan het Yale’s Microbial Sciences Institute, leidde dit werk met afgestudeerde studenten J. Patrick O’Brien, Yangqi Gu en Krystle Reiss.

“Verrassend genoeg zijn nanodraden bestand tegen en functioneren in extreem zure omgevingen waar de meeste eiwitten worden afgebroken”, merkte Yalcin op. “Dit biedt een unieke kans om nieuwe sensoren en zeer veerkrachtige materialen te ontwikkelen.”