По данным исследования, информация о котором опубликована в «mBio», онлайн журнале открытого доступа Американского общества микробиологии, во вторник, 12 марта, тонкие бактериальные нанопровода становятся проводящими при наличии определенных аминокислот.

Встречающиеся в природе бактерии Geobacter sulfurreducens используют эти нанопровода, называемые «пили», для транспортировки электронов к отдаленным частицам железа или к другим микробам.

Ученые утверждают, что можно выгодно использовать эти билогические нанопровода в топливных элементах или биоэлектронике.

Проведенные исследования показывают, что требуется включение ядра ароматических аминокислот в эти волосоподобные придатки, чтобы вызвать функционирование их в качестве электронно-биологических проводников электричества.

«Это именно ароматические аминокислоты делают их проволокой», — говорит ведущий автор исследования Дерек Лавлей (Derek Lovley) из университета Массачусетса, город Амхерст.

Лавлей и его коллеги удалили «ключевые» аминокислоты из «пили» и заменили их другими, меньшими, не ароматическими аминокислотами.

«Без этих ключевых компонентов, — говорит Лавлей, — «пили» являются не более чем обычной цепочкой белка».

Geobacter sulfurreducens «дышит», удаляя электроны из органических материалов и направляя их к оксидам железа или к другим микроорганизмам, подобно тому, как люди извлекают электроны из органических молекул пищи и переносят их на кислород.

Для транспортировки электронов бактерии используют свои «пили», чтобы дотянуться до железных оксидов или других микробов, передавая «избыток» электронов по тончайшей структуре к месту назначения. Geobacter ‘ы имеют «пили» только размером 3–5 нанометров, но они могут быть 20 микрометров длиной, намного больше, чем сама клетка.

Движение электронов, происходит так же, как оно происходит при дыхании всего живого, но, в последнем случае, это, как правило, осуществляется дискретными белками или другими молекулами, которые действуют как контейнеры для челночного перевоза электронов из одного места в другое. Лавлей говорит, что

уже предварительные результаты показали, что «пили» обладают металлической проводимостью, за счет чего они способны передавать электроны вдоль непрерывной структуры, хотя это открытие в биологии пока еще считается спорной находкой.

Чтобы исследовать, как «пили» осуществляют перенос электронов, ученые изучали также небиологические органические материалы, которые могут проводить электричество, и именно те из синтетических материалов, которые включают ароматические соединения, отвечающие за проводимость. Они предположили, что, возможно, это будет похоже на поведение «пили», в части, использования ароматических аминокислот.

Ароматические соединения имеют высокостабильные кольцевые структуры из атомов углерода.

Исследуя «пили», группа ученых под руководством Лавлея искала именно такие ароматические аминокислоты в звеньях белков «пили», предполагая, что, скорее всего, именно они вносят свой вклад в проводимость биологических нитей. Используя генетические методы, исследователи разработали штамм Geobacter, у которого «пили» не имеют ароматических аминокислот в «ключевых» областях, и убедились, что такие «пили» не способны проводить электричество. Удаление ароматических аминокислот из «пили» — это то же самое, как взять медные провода, покрытые пластмассой, и удалить из них медный проводник. Нет меди – нет проводимости, и все что вы имеете – это трубку пластмассы.

Более глубокое понимание роли «пили» в передаче электронов к микробам, может привести к повышению технологичности производства метана микробами в анаэробных реакторах, топливных элементах, которые производят этот газ из отходов производства.

Можно применять как система автоматизации и как автоматика для ворот. Лавлей говорит, что его лаборатория планирует изучать и далее возможности нанопроводов, чтобы понять, как понижать или повышать их проводимость.