Мир полон одноклеточных организмов, которых можно встретить практически повсюду-от гидротермальных источников в глубоком океане до тающих ледников. Исследователи недавно обнаружили, что бактерии, живущие в почве, производят белки, которые могут действовать как наэлектризованная нанопроволока. Этот белок может включаться и выключаться микробами, создавая своего рода естественную электрическую сеть, которая проникает в почву и на дно океана, где не хватает кислорода. Результаты были опубликованы в журнале Nature.
"Земля под нашими ногами, весь земной шар, электрически связана”, — сказал старший автор исследования Нихил Мальванкар, доцент кафедры молекулярной биофизики и биохимии Йельского университета. Хотя эти бактериальные волоски когда-то были скрыты от нас, они «являются молекулярным переключателем, управляющим высвобождением нанопроводов, составляющих электрическую сеть природы”.
Большинство живых организмов потребляют кислород, который поглощает избыток электронов, образующихся при естественном метаболизме питательных веществ в энергию. Однако существуют организмы, способные жить в бескислородной или анаэробной среде, например бактерии, живущие под землей или в океане. Эти существа развили способность «дышать» минералами, проводя дыхание через свои крошечные нитевидные нанопроволоки, которые «выдыхают» электроны.
Ученые когда-то думали, что белки, называемые pili, имеют решающее значение для нанопроводов. Но исследования, о которых Мальванкар и его коллеги сообщили в 2019 и 2020 годах, показали, что нанопроволоки были полностью изготовлены из других белков. Анаэробные бактерии экспрессируют два белка, называемых цитохромами OMCs и OmcZ, которые генерируют нанопроволоки.
"Это было неожиданностью для всех в этой области, поставив под сомнение тысячи публикаций о pili”, — пояснил Мальванкар.
В этом исследовании ученые использовали криоэлектронную микроскопию для анализа структуры нанопроводов. Они обнаружили, что белки pili остаются в бактериях и функционируют как маленькие поршни, которые выталкивают белки нанопроволоки наружу в окружающую среду.
Эти неожиданные открытия могут позволить ученым узнать, как создавать нанопроволоки с различными функциями и возможностями. Исследователи заинтересованы в использовании этих бактериальных электрических сетей для производства биотоплива, электричества или электронных компонентов, которые могли бы быть в состоянии самостоятельно отремонтировать. Они могут быть даже полезны для утилизации токсичных отходов.
Александр Буценко
