Verborgen bacteriële haren voeden het ‘elektriciteitsnet’ van de natuur

Een haarachtig eiwit dat in bacteriën is verborgen, dient als een soort aan-uitschakelaar voor het ‘elektriciteitsnet’ van de natuur, een wereldwijd web van door bacteriën gegenereerde nanodraden die alle zuurstofloze bodems en diepe oceaanbodems doordringen, rapporteren Yale-onderzoekers in het tijdschrift Natuur. “De grond onder onze voeten, de hele wereld, is elektrisch bedraad”, zegt Nikhil Malvankar, assistent-professor moleculaire biofysica en biochemie aan het Microbial Sciences Institute op Yale’s West Campus en senior auteur van het artikel. “Deze voorheen verborgen bacteriële haren zijn de moleculaire schakelaar die de afgifte van nanodraden regelt die deel uitmaken van het elektriciteitsnet van de natuur.”

Bijna alle levende wezens ademen zuurstof om overtollige elektronen kwijt te raken bij het omzetten van voedingsstoffen in energie. Zonder toegang tot zuurstof hebben bodembacteriën die diep onder oceanen leven of gedurende miljarden jaren ondergronds zijn begraven, een manier ontwikkeld om te ademen door ‘mineralen in te ademen’, zoals snorkelen, door kleine eiwitfilamenten die nanodraden worden genoemd.

Hoe deze bodembacteriën nanodraden gebruiken om elektriciteit uit te ademen, is echter een raadsel gebleven. Sinds 2005 dachten wetenschappers dat de nanodraden bestaan ​​uit een eiwit dat “pili” (“haar” in het Latijn) wordt genoemd en dat veel bacteriën op hun oppervlak vertonen. Echter, in onderzoek gepubliceerd 2019 en 2020, toonde een team onder leiding van Malvankar aan dat nanodraden zijn gemaakt van totaal verschillende eiwitten. “Dit was een verrassing voor iedereen in het veld, die in twijfel trok” duizenden publicaties over pili,” zei Malvankar.

Voor de nieuwe studie gebruikten afgestudeerde studenten Yangqi Gu en Vishok Srikanth cryo-elektronenmicroscopie om te onthullen dat deze pili-structuur uit twee eiwitten bestaat. nanodraden in het milieu. Voorheen had niemand zo’n constructie vermoed.

Door te begrijpen hoe bacteriën nanodraden maken, kunnen wetenschappers bacteriën afstemmen op een groot aantal functies – van het bestrijden van pathogene infecties of biologisch gevaarlijk afval tot het creëren van levende elektrische circuits, zeggen de auteurs. Het zal ook wetenschappers helpen die bacteriën willen gebruiken om elektriciteit op te wekken, biobrandstoffen te maken en zelfs zelfherstellende elektronica te ontwikkelen.

Andere auteurs zijn Aldo Salazar-Morales, Ruchi Jain, Patrick O’Brien, Sophia Yi, Fadel A. Samatey en Sibel Ebru Yalcin, allemaal van Yale, evenals Rajesh Soni van Columbia University.