चूँकि भूमिगत गहराई में बहुत अधिक ऑक्सीजन नहीं है, इसलिए वहाँ रहने वाले जीवाणुओं ने "साँस" लेते समय पैदा होने वाले इलेक्ट्रॉनों से छुटकारा पाने के लिए अन्य तरीके विकसित कर लिए हैं। इनमें से एक समाधान में इलेक्ट्रॉनों को फैलाने के लिए प्रवाहकीय फिलामेंट्स - नैनोवायर - को मिट्टी में भेजना शामिल है, लेकिन इस प्रक्रिया के महत्वपूर्ण विवरण बायोफिजिसिस्टों की समझ से बाहर हैं।

पर शोधकर्ताओं येल विश्वविद्यालय, हम और नोवा विश्वविद्यालय लिस्बन पुर्तगाल में अब इसे जीनस में बैक्टीरिया के लिए पाया गया है जियोबैक्टीरिया, एक एकल प्रोटीन परिवार इन माइक्रोबियल नैनोवायरों को चार्ज करने के लिए विद्युत रूप से कनेक्टिंग "प्लग" की एक श्रृंखला की तरह कार्य करता है। यह खोज इस मॉडल को बहुत सरल बनाती है कि ये बैक्टीरिया इलेक्ट्रॉनों को कैसे निर्यात करते हैं, और टीम का कहना है कि यह "न्यूनतम वायरिंग मशीनरी" बैक्टीरिया प्रजातियों के बीच आम हो सकती है।

मिट्टी में रहने वाले जीवाणुओं के पास अपने द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉनों को बाहरी इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता को दान करने के दो तरीके होते हैं। पहले में इलेक्ट्रॉनों को मिट्टी के खनिजों में स्थानांतरित करना शामिल है और इसे बाह्य कोशिकीय इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण (ईईटी) के रूप में जाना जाता है। दूसरा, प्रत्यक्ष अंतरप्रजाति इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण (DIET) में भागीदार प्रजातियाँ शामिल होती हैं। दोनों प्रक्रियाएं रोगाणुओं के जीवित रहने और समुदाय बनाने की क्षमता के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन वे अक्षम हो सकती हैं। बैक्टीरिया जैसे जियोबैक्टीरिया इसलिए प्रवाहकीय नैनोवायर का उत्पादन करने के लिए विकसित किया गया है जो तेज, लंबी दूरी की ईईटी की सुविधा प्रदान करता है।

पांच प्रोटीन

प्रोटीन परिवार येल-नई टीम ने इन नैनोवायरों के संचालन की कुंजी के रूप में पहचान की है जिसमें पांच प्रोटीन शामिल हैं। ये सभी बैक्टीरिया की आंतरिक और बाहरी झिल्ली - बैक्टीरियल पेरिप्लाज्म - के बीच की जगह में रहते हैं और उन्हें पेरिप्लास्मिक साइटोक्रोम एबीसीडीई (पीपीसीए-ई) के रूप में जाना जाता है। ये प्रोटीन जीवाणु सतहों पर फिलामेंट्स में इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करते हैं जो नैनोवायर के रूप में कार्य करते हैं, "धातु श्वास" के लिए एक विद्युत कनेक्शन बनाते हैं। जियोबैक्टीरिया.

यह विद्युत कनेक्शन अनुमति देता है जियोबैक्टीरिया येल बताते हैं कि चयापचय के दौरान उत्पन्न अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को बिचौलियों की आवश्यकता के बिना मिट्टी में खनिजों में स्थानांतरित करना निखिल मालवंकर, जिन्होंने अध्ययन का सह-नेतृत्व किया कार्लोस सालगुइरो at नई. संक्षेप में, प्रोटीन प्राकृतिक मिट्टी-आधारित "विद्युत ग्रिड" के भीतर प्लग के रूप में कार्य करते हैं। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह ग्रिड कई प्रकार के रोगाणुओं को जीवित रहने और जीवन का समर्थन करने की अनुमति देने के लिए जिम्मेदार हो सकता है।

सूक्ष्मदर्शी पिस्टन साइटोक्रोम से बने फिलामेंट्स को धकेलते हैं

हालाँकि जीवाणु तंतु पहली बार 2002 में देखे गए थे, वैज्ञानिकों ने शुरू में सोचा था कि वे तथाकथित पिली प्रोटीन (लैटिन में "पिली" का अर्थ "बाल") से बने होते हैं। कई जीवाणुओं की सतह पर पिली होती है, और आनुवंशिक डेटा से पता चलता है कि ये बाल जैसे तंतु समान भूमिका निभा सकते हैं जियोबैक्टआर, मालवंकर कहते हैं। हालाँकि, 2021 में, मालवंकर की प्रयोगशाला में शोधकर्ताओं ने पिली की परमाणु संरचना को हल किया और दिखाया कि वे पिस्टन के रूप में कार्य करते हैं जो साइटोक्रोम से बने फिलामेंट्स को धक्का देते हैं। इसके अलावा, ओएमसीएस और ओएमसीजेड के नाम से जाने जाने वाले साइटोक्रोम की परमाणु संरचनाओं में धातु युक्त हीम अणुओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जो इलेक्ट्रॉनों को ले जाती है (ऊपर की छवि में लाल)।

उन्होंने आगे कहा, हालांकि इन परमाणु संरचनाओं ने समझाया कि नैनोवायर इलेक्ट्रॉनों का परिवहन कैसे करते हैं, नैनोवायर और बैक्टीरिया की सतह के बीच संबंध एक रहस्य बना हुआ है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिकांश कोशिका सतहें विद्युत रूप से गैर-संवाहक होती हैं।

मालवंकर बताते हैं, "यह सोचा गया था कि बैक्टीरिया झिल्ली में एम्बेडेड प्रोटीन का एक और परिवार, जिसे पोरिन साइटोक्रोमेस कहा जाता है, इस संबंध के लिए जिम्मेदार था, जबकि बैक्टीरिया अपनी अनुपस्थिति में भी बिजली संचारित करने में सक्षम थे।" "इलेक्ट्रॉनों को नैनोवायरों में स्थानांतरित करने वाले पेरिप्लास्मिक प्रोटीन की उपस्थिति किसी भी मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन वाहक की आवश्यकता को समाप्त कर देती है और बताती है कि कैसे कोशिकाएं उल्लेखनीय रूप से तेज़ दर (एक मिलियन इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड) पर इलेक्ट्रॉनों को संचारित करती हैं, भले ही प्रोटीन में इलेक्ट्रॉन कम से कम 10 बार की गति से आगे बढ़ सकते हैं और धीमा।"

पीपीसीए-ई और ओएमसीएस के बीच संबंध स्थापित करना

शोधकर्ताओं ने ओएमसीएस में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को मापना शुरू किया। उन्होंने पाया कि यह PpcA-E जैसा ही था, जो टीम का सदस्य था कैथरीन शिप्स यह कहना आश्चर्यजनक था क्योंकि ओएमसीएस माप में 0.1 वी का अंतर होने की उम्मीद थी। शिप्स कहते हैं, "ओएमसीएस पर पहले माप के समय (2011 में), हमें नहीं पता था कि ओएमसीएस ने नैनोवायर का निर्माण किया है।" . "ये पिछले माप साइटोक्रोम को गैर-फिलामेंटस मानकर किए गए थे, कुछ ऐसा जो इस बड़ी विसंगति को समझा सकता है।"

2015 में, साल्गुइरो और NOVA के सहकर्मियों ने परिकल्पना की कि PpcA-Es इलेक्ट्रॉनों को ओएमसीएस में स्थानांतरित कर सकता है। हालाँकि, शुद्ध ओएमसीएस नैनोवायर प्राप्त करने में कठिनाई के कारण उस समय इस परिकल्पना का परीक्षण संभव नहीं था। मालवंकर का कहना है कि शिप्स की खोज ने तस्वीर में यह सुझाव देकर जोड़ा कि पीपीसीए-ई सीधे ओएमसीएस को इलेक्ट्रॉन दान कर सकता है - कुछ ऐसा जो टीम के एक अन्य सदस्य ने किया, विशोक श्रीकांत, यह देखने के बाद प्रस्तावित किया गया कि ओएमसीएस और पीपीसीए-ई बैक्टीरिया से निकाले जाने पर एक साथ रहते हैं। "इन सभी परिणामों ने हमें यह प्रस्ताव देने के लिए प्रेरित किया कि PpcA-E इलेक्ट्रॉनों को नैनोवायरों तक पहुंचा सकता है," वे कहते हैं। फिर दोनों समूहों ने परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके अपनी परिकल्पना की पुष्टि की।

मालवंकर बताते हैं, "हमारी खोज इस मॉडल को काफी सरल बनाती है कि कैसे बैक्टीरिया व्यक्तिगत प्रोटीन के बीच धीमे इलेक्ट्रॉन प्रवाह पर काबू पाकर इलेक्ट्रॉनों का निर्यात करते हैं।" भौतिकी की दुनिया. "हमारी टीम के अन्य सदस्यों द्वारा की गई खोज, कांग शेन, कि यह प्रोटीन परिवार विकासवादी है और न केवल कई प्रजातियों में संरक्षित है जियोबैक्टीरिया, इसका मतलब है कि यह न्यूनतम वायरिंग मशीनरी कई बैक्टीरिया में सर्वव्यापी हो सकती है।

शोधकर्ता, जो अपने काम की रिपोर्ट करते हैं संचार प्रकृति, अब नए खोजे गए तंत्र को बैक्टीरिया में इंजीनियरिंग कर रहे हैं जो जलवायु के लिए महत्वपूर्ण हैं या जैव ईंधन बनाने में सक्षम हैं। इसका उद्देश्य इन लाभकारी जीवों को तेजी से बढ़ने में मदद करना है। मालवंकर कहते हैं, "हम इस पर भी काम कर रहे हैं कि साइटोक्रोम ओएमसीजेड के एक अन्य नैनोवायर को कैसे चार्ज किया जाता है और इन प्रक्रियाओं में पोरिन-साइटोक्रोम की भूमिका की पहचान की जा रही है।"

• एसईओ संचालित सामग्री और पीआर वितरण। आज ही प्रवर्धित हो जाओ।
• प्लेटोडेटा.नेटवर्क वर्टिकल जेनरेटिव एआई। स्वयं को शक्तिवान बनाएं। यहां पहुंचें।
• प्लेटोआईस्ट्रीम। Web3 इंटेलिजेंस। ज्ञान प्रवर्धित। यहां पहुंचें।
• प्लेटोईएसजी. कार्बन, क्लीनटेक, ऊर्जा, पर्यावरण, सौर, कचरा प्रबंधन। यहां पहुंचें।
• प्लेटोहेल्थ। बायोटेक और क्लिनिकल परीक्षण इंटेलिजेंस। यहां पहुंचें।
• स्रोत: https://physicsworld.com/a/bacterial-nanowires-make-an-electrical-grid-in-the-soil/