Giliai jūros dugne mažytės bakterijos „iškvepia“ elektrą per ilgas, plonas šnerves, o dabar mokslininkai atrado, kaip įjungti ir išjungti šių mikrobų elektrinį kvėpavimą.

Apsauginės nanovielutės

Šios keistos bakterijos priklauso nuo dviejų baltymų, kurie susijungia į vieną plaukelį primenančią struktūrą, vadinamą pilusu, pranešė mokslininkai naujame tyrime, paskelbtame žurnale „Nature“. Daugelis jų yra iškart po bakterijos membrana ir padeda išstumti šnerves iš ląstelės į supančią aplinką, taip leisdami mikrobui kvėpuoti.

Šis atradimas ne tik atskleidžia kai ką netikėto apie bakterijų biologiją, bet ir gali atverti kelią naujoms technologijoms – nuo galingų mikrobų maitinamų baterijų iki naujų bakterinių infekcijų gydymo būdų, „Live Science“ sakė vyresnysis autorius Nikhilas Malvankaras, Jeilio universiteto Mikrobų mokslų instituto molekulinės biofizikos ir biochemijos docentas.

Bakterijos priklauso Geobacter genčiai ir yra aptinkamos visame pasaulyje, auga giliai po žeme dirvožemyje, kuriame visiškai nėra deguonies.

Geobacter mikrobai, kaip ir žmonės, medžiagų apykaitos metu generuoja atliekinius elektronus, tačiau jie neturi prieigos prie deguonies, kaip mes. Taigi, norėdamos atsikratyti elektronų pertekliaus, bakterijos apsitraukia plonomis laidžiomis gijomis, vadinamomis nanovielutėmis, kurios gali perkelti elektronus iš mikrobų į kitas bakterijas arba aplinkos mineralus, pavyzdžiui, geležies oksidą.

Šios plonos nanovielutės yra 100 tūkst. kartų mažesnės už žmogaus plauko plotį ir gali pernešti elektronus didžiuliais atstumais, šimtus ar tūkstančius kartų viršijančiais pradinio mikrobų kūno ilgį, anksčiau pranešė „Live Science“.

„Aš negaliu kvėpuoti deguonimi, kuris nuo manęs nutolęs apie 100 metrų atstumu“, – sakė N.Malvankaras. „Ir kažkokiu būdu šios bakterijos naudojasi šiomis nanovamzdelėmis kaip šniūrais, kurie yra 100 kartų didesni už jų dydį, kad galėtų kvėpuoti tokiais dideliais atstumais.“ Šis įspūdingas poelgis sukuria elektros srovę, nes per ilgas nanovielutes nuolat teka elektronai.

Naudinga medicinoje

Komanda nustatė, kad nanovamzdeliai sudaryti iš baltymų, vadinamų citochromais, kurie lengvai perduoda elektronus išilgai savo ilgio ir todėl yra daug geresni nanovamzdeliai nei pili. 2020 m. žurnale „Nature Chemical Biology“ paskelbtame tyrime komanda pranešė, kad šios citochromų pagrindu sukurtos nanovielutės yra kelių tipų, kurie elektrą praleidžia skirtingu efektyvumu.

Žvelgdami į ateitį, mokslininkai planuoja ištirti, kaip daugelio kitų rūšių bakterijos sukuria nanovamzdelius ir naudoja juos elektrai kvėpuoti. Juos taip pat domina praktinio tyrimo pritaikymo galimybės.

Mokslininkai jau daugiau nei dešimtmetį naudoja Geobacter kolonijas smulkiai elektronikai maitinti, tačiau kol kas šios bakterijų baterijos gali gaminti tik mažus energijos kiekius. Ankstesnių tyrimų metu N.Malvankaras ir jo komanda nustatė, kad kolonijas galima padaryti laidesnes veikiant elektriniam laukui, o tai galėtų padėti padidinti šių prietaisų galią, dabar naujieji tyrimai galėtų suteikti mokslininkams dar vieną kontrolės laipsnį – jie galėtų įjungti arba išjungti elektros energiją.

N.Malvankaras sakė, kad šie tyrimai taip pat galėtų būti taikomi medicinoje, ypač bakterinių infekcijų gydymui. Pavyzdžiui, salmonelėms pavyksta peraugti naudingąsias žarnyno bakterijas, nes jos gali pereiti nuo fermentacijos, kurios metu energija gaminama lėtai ir nereikia deguonies, prie kvėpavimo, kurio metu energija gaminama greitai ir paprastai reikia deguonies, anksčiau pranešė „Live Science“. Žarnyno aplinkoje, kurioje trūksta deguonies, salmonelės naudoja junginį, vadinamą tetrathionatu, kaip deguonies pakaitalą, taip pranokdamos organizmui naudingas bakterijas.

Bet kas, jei tos naudingosios bakterijos galėtų gauti pranašumą? Teoriškai, jei bakterijos būtų aprūpintos nanovamzdeliais ir įvestos į žarnyną kaip tam tikra probiotinė terapija, jos galėtų nukonkuruoti kenksmingus patogenus, tokius kaip Salmonella, sakė mokslininkas.

Komentarai (2)