Yeraltında çok fazla oksijen bulunmadığından, orada yaşayan bakteriler "nefes alırken" ürettikleri elektronlardan kurtulmak için başka yollar geliştirmişlerdir. Bu geçici çözümlerden biri, elektronları dağıtmak için toprağa iletken filamentler (nanoteller) göndermeyi içerir, ancak bu sürecin önemli ayrıntıları biyofizikçilerin anlayışından kaçmıştır.

Araştırmacılar Yale Üniversitesi, Biz ve NOVA Üniversitesi Lizbon Portekiz'de artık bu cinsteki bakteriler için GeobakterTek bir protein ailesi, bu mikrobiyal nanotelleri şarj etmek için elektriksel olarak bağlanan bir dizi "fiş" gibi davranır. Bulgu, bu bakterilerin elektronları nasıl ihraç ettiğine ilişkin modeli büyük ölçüde basitleştiriyor ve ekip, bu "minimal kablolama mekanizmasının" bakteri türleri arasında yaygın olabileceğini söylüyor.

Toprakta yaşayan bakterilerin ürettikleri elektronları dış elektron alıcılarına bağışlamanın iki yolu vardır. Birincisi elektronların toprak minerallerine aktarılmasını içerir ve hücre dışı elektron transferi (EET) olarak bilinir. İkincisi, doğrudan türler arası elektron transferi (DIET), ortak türleri içerir. Her iki süreç de mikropların hayatta kalma ve topluluklar oluşturma yeteneği için hayati öneme sahiptir, ancak verimsiz olabilirler. Bakteriler gibi Geobakter bu nedenle daha hızlı, uzun menzilli EET'yi kolaylaştıran iletken nanoteller üretmek üzere gelişti.

Beş protein

Protein ailesi Yale-YENİ Bu nanotellerin işleyişinin anahtarı olarak tanımlanan ekip beş protein içeriyor. Hepsi bakterinin iç ve dış zarı (bakteriyel periplazma) arasındaki boşlukta bulunur ve periplazmik sitokrom ABCDE (PpcA-E) olarak bilinirler. Bu proteinler, nanotel görevi gören bakteriyel yüzeylerdeki filamentlere elektronlar enjekte ederek "metal nefesi" için bir elektrik bağlantısı oluşturur. Geobakter.

Bu elektrik bağlantısı şunları sağlar: Geobakter Yale'in açıklamasına göre metabolizma sırasında üretilen fazla elektronları aracılara ihtiyaç duymadan topraktaki minerallere aktarmak mümkün. Nikhil MalvankarAraştırmayı birlikte yürüten Carlos Salgueiro at YENİ. Temelde proteinler, doğal toprak bazlı bir “elektrik ızgarası” içerisinde tıkaç görevi görüyor. Araştırmacılar, bu ızgaranın birçok mikrop türünün hayatta kalmasına ve yaşamı desteklemesine izin vermekten sorumlu olabileceğini söylüyor.

Mikroskobik pistonlar sitokromlardan oluşan filamentleri iter

Bakteriyel filamentler ilk kez 2002'de gözlemlenmiş olsa da, bilim insanları başlangıçta bunların pili proteinleri (Latince "pili" "tüy" anlamına gelir) olarak adlandırılan proteinlerden oluştuğunu düşündüler. Pek çok bakterinin yüzeyinde pili bulunur ve genetik veriler bu kıl benzeri filamentlerin benzer bir rol oynayabileceğini öne sürmektedir. Geobakter, diyor Malvankar. Ancak 2021'de Malvankar'ın laboratuvarındaki araştırmacılar pili'nin atomik yapısını çözdüler ve bunun yerine sitokromlardan oluşan filamentleri iten piston görevi gördüklerini gösterdiler. Ek olarak, OmcS ve OmcZ olarak bilinen sitokromların atomik yapıları, elektron taşıyan metal içeren hem moleküllerinden oluşan bir zincir içerir (yukarıdaki resimde kırmızı).

Bu atomik yapılar nanotellerin elektronları nasıl taşıdığını açıklasa da nanoteller ile bakteri yüzeyi arasındaki bağlantının bir sır olarak kaldığını ekliyor. Bunun nedeni çoğu hücre yüzeyinin elektriksel olarak iletken olmamasıdır.

Malvankar, "Bakterilerin yokluğunda bile elektrik iletebilmesine rağmen, bakteri zarına gömülü olan, porin sitokromları adı verilen başka bir protein ailesinin bu bağlantıdan sorumlu olduğu düşünülüyordu" diye açıklıyor. "Elektronları nanotellere aktaran periplazmik proteinlerin varlığı, herhangi bir ara elektron taşıyıcısına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve proteinlerdeki elektronlar en az 10 kat hızla hareket edebilse bile hücrelerin nasıl oldukça hızlı bir oranda (saniyede bir milyon elektron) elektronları aktardığını açıklar. Yavaş."

PpcA-E ve OmcS arasındaki ilişkiyi çözmek

Araştırmacılar OmcS'deki elektronların enerjisini ölçerek başladılar. Bunun PpcA-E'dekiyle aynı olduğunu buldular. Catharine Gönderimleri Bu şaşırtıcıydı çünkü OmcS ölçümünün 0.1 V farklılık göstermesi bekleniyordu. Çalışmanın bu bölümünü gerçekleştiren Shipps, "OmcS üzerindeki ilk ölçümler sırasında (2011'de), OmcS'nin nanoteller oluşturduğunu bilmiyorduk" diyor. . "Bu önceki ölçümler, sitokromların filamentli olmayanlar olarak ele alınmasıyla yapıldı; bu, bu büyük tutarsızlığı açıklayabilecek bir şey."

2015 yılında NOVA'daki Salgueiro ve meslektaşları, PpcA-E'lerin elektronları OmcS'ye aktarabileceğini öne sürdüler. Ancak saflaştırılmış OmcS nanotellerini elde etmenin zorluğu nedeniyle bu hipotezi test etmek o zamanlar mümkün değildi. Malvankar, Shipps'in bulgusunun, PpcA-E'nin elektronları doğrudan OmcS'ye bağışlayabileceğini öne sürerek resme katkıda bulunduğunu söylüyor; bu da başka bir ekip üyesinin yaptığı bir şey. Vishok Srikanth, OmcS ve PpcA-E'nin bakterilerden ekstrakte edildiğinde bir arada kaldığını fark ettikten sonra önerildi. "Bütün bu sonuçlar bizi PpcA-E'nin elektronları nanotellere aktarabileceğini öne sürmeye yöneltti" diyor. İki grup daha sonra nükleer manyetik rezonans spektroskopisini kullanarak hipotezlerini doğruladılar.

Malvankar, "Keşfimiz, bakterilerin tek tek proteinler arasındaki yavaş elektron akışını aşarak elektronları nasıl ihraç ettiğine ilişkin modeli büyük ölçüde basitleştiriyor" diyor. Fizik dünyası. "Ekip üyelerimizden bir başkasının keşfi, Cong ShenBu protein ailesinin evrimsel olduğu ve sadece türler arasında değil, birçok türde de korunduğu ortaya çıktı. GeobakterBu minimal kablolama mekanizmasının birçok bakteride her yerde bulunabileceği anlamına geliyor.”

Çalışmalarını rapor eden araştırmacılar Doğa İletişim, şimdi yeni keşfedilen mekanizmayı iklim için önemli olan veya biyoyakıt üretebilen bakterilere dönüştürüyor. Amaç bu faydalı organizmaların daha hızlı büyümesine yardımcı olmaktır. Malvankar, "Ayrıca başka bir sitokrom OmcZ nanotelinin nasıl yüklendiği ve porin-sitokromların bu süreçlerdeki rolünü belirlemeye çalışıyoruz" diyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/bacterial-nanowires-make-an-electrical-grid-in-the-soil/