Новости перспективных технологий

Бактериальные нанопровода обнаружили металлическую электропроводность

Изображения с сайта сайта science.compulenta.ru

Группа биологов и физиков из Массачусетского университета в Амхерсте обнаружила, что биоплёнки бактерий Geobacter sulfurreducens — конгломераты микроорганизмов, клетки которых прикрепляются друг к другу — имеют электронную проводимость, сравнимую с проводимостью синтетических металлических наноструктур.

Такие свойства биоплёнкам придают сети бактериальных филаментов, напоминающих нанопровода, вдоль которых перемещаются электроны. Ранее считалось, что электропроводность белкового филамента обеспечивают специализированные протеины (цитохромы), а электроны «перепрыгивают» от одного из них к другому. Однако в случае G. sulfurreducens проводимость была продемонстрирована без участия цитохромов, и филаменты действовали как обычные провода.

Сеть проводящих белковых филаментов, созданная G. sulfurreducens (иллюстрация Anna Klimes и Ernie Carbone, UMass Amherst).

В природе Geobacter используют свои «нанопровода» для передачи электронов оксидам железа. Исследуя поведение бактерий в лаборатории, учёные заменили привычные для микроорганизмов минеральные поверхности металлическими электродами, дождались образования биоплёнки и измерили электронную проводимость, которая оказалась равна ~5 мСм/см. Проводящими при этом становились огромные — сантиметровые — участки, в тысячи раз превосходящие по размерам самих G. sulfurreducens.

Как показали дальнейшие эксперименты, электропроводность биоплёнки можно изменять, регулируя экспрессию генов. При добавлении третьего электрода, когда измерительная схема начинает напоминать транзисторную, электропроводность также приобретает зависимость от напряжения на управляющем электроде.

«„Нанопровода“ в биоплёнке — это новый материал естественного происхождения, нетоксичный и относительно недорогой, — подводит итог один из руководителей исследования Марк Туоминен (Mark Tuominen). — Надеюсь, он поможет преодолеть разрыв между твердотельной электроникой и биологическими системами».

Биоплёнка на золотых электродах под сканирующим электронным микроскопом. Область, отмеченная на верхнем рисунке, показана внизу с бóльшим увеличением.
(Иллюстрация Nikhil Malvankar и Dale Callaham.)

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Информация с сайта science.compulenta.ru со ссылкой на материалы Массачусетского университета в Амхерсте.

Автор оригинального текста: Дмитрий Сафин.