Merkelige bakterier 'puster' rock, og vi kan endelig forstå hvordan det er mulig

Shewanella oneidensis. (L. Gross, PLOS Biology, 2006)

En bakterieart som overlever ved å 'puste' stein har fascinert forskere i flere tiår, selv om den indre funksjonen til dens mystiske cellulære respirasjonsteknikk har vært langt fra klart.

Nå, i en ny studie som undersøker de merkelige vanene til bakterien Shewanella oneidensis , har forskere oppdaget at mikrobens evne til å 'puste' ved å transportere elektroner eksternt til faste overflater er påvirket av molekylær chiralitet, som induserer en optimal retning av elektronspinn når organismen 'puster ut'.

Dette fenomenet ser ut til å hjelpe S. oneidensis (aka S. oneidensis MR-1) eksisterer i miljøer med lite eller ingen oksygen, og kaster elektroner under anaerobe forhold, som steinete og metalliske habitater dypt under jorden.



'I motsetning til de fleste organismer som er i stand til å bruke oksygen som elektronakseptoren, overfører disse bakteriene elektronene til et fast mineral eller, som de gjør i laboratoriet vårt, til elektroder som er utenfor cellen,' forklarer biomedisinsk ingeniør Sahand Pirbadian biomedisinsk ingeniør Sahand Pirbadian fra University of Southern California (USC).

S. oneidensis var først identifisert tilbake på 1980-tallet, med forskere som isolerte mikroben i sediment hentet fra Oneida Lake i New York. Forskere fant snart ut metall-munching mikrobe kunne hente ut energi fra mineraler under luftløse forhold – et triks som gjør det i stand til å gjøre ting somkraft mikrobielle brenselcellerogprodusere 'vidundermaterialet' grafen.

Men hvordan fungerer egentlig denne smarte overlevelsesstrategien? Lenge trodde man det S. oneidensis transporterte elektroner til det ytre miljøet via hårlignende 'bakterielle nanotråder' som fungerte som en kanal og bokstavelig livline for å avlaste elektroner.

'Hvis du ikke gir den en elektronakseptor, dør den,' USC mikrobiolog Kenneth Nealson, som var med på å oppdage først. S. oneidensis tiår siden, forklart i 2010 . 'Den dør ganske raskt.'

I de siste årene har USC-forskere funnet at disse bakterielle nanotrådene ikke var hårlignende fremspring av cellen (kjent som Lukk ), men noe helt annet: membranforlengelser med elektronbærende proteiner kalt cytokromer .

'Pili-ideen var den sterkeste hypotesen, men vi var alltid forsiktige fordi den nøyaktige sammensetningen og strukturen var svært unnvikende,' USC-mikrobiolog Moh El-Naggar sa i 2014 . 'På mange måter viste det seg å være en enda smartere måte for bakterier å drive seg selv.'

I påfølgende arbeid, El-Naggars lab-team oppdaget at strukturen til nanotrådene lignet en perlestreng, med cytokromproteinene effektivt flytende langs kjeden og transporterer elektroner gjennom en kombinasjon av direkte elektronhopping og diffusjon av elektronbærere.

Nå har gruppen avslørt en annen innsikt. I sin nye studie fant forskerne at når elektroner transporteres langs nanotråden, deres retning elektronspinn – et kvantefenomen som beskriver deres vinkelmomentum – ser ut til å være påvirket av kiralitet (venstre- eller høyrehendthet) av cytokrommolekylene. Dette skyldes polariteten til magnetiske felt som i seg selv bestemmes av kiraliteten.

'Når elektronene krysser molekyltråden, ender de fleste opp med å ha samme kvantespinn - opp eller ned - avhengig av kiraliteten,' sier El-Naggar .

'Denne studien er den første som bekrefter at de elektrisk ledende proteinene i disse cellene velger spinn av elektroner.'

Denne effekten, kalt kiral indusert spinnselektivitet (CISS), kan stå til å gjøre mye mer enn bare å optimalisere effektiviteten til elektrontransport under cellulær respirasjon av S. oneidensis.

Til syvende og sist, sier forskerne, hvis vi kan forstå disse prosessene godt nok, kan vi kanskje utnytte mekanismen i spintronikk-teknologier , hvilkenlover å tilbymye kraftigere enheter enn konvensjonelle datamaskiner.

Vi er ikke der ennå, men takket være denne nye forståelsen av de intrikate strukturene som brukes av S. oneidensis , vi nærmer oss.

'Det er en pågående jakt på materialer som kan tjene som grunnlag for nye spintroniske teknologier,' El-Naggar forklarer . 'Vårt arbeid viser at bakterielle cytokromer kan være interessante kandidater for spintronikk.'

Funnene er rapportert i Journal of the American Chemical Society .

Populære Kategorier: Rom , Natur , Forklarer , Tech , Helse , Ukategorisert , Miljø , Fysikk , Mennesker , Mening ,

Om Oss

Publisering Av Uavhengige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Helse, Rom, Natur, Teknologi Og Miljø.