Ανακαλύφθηκε νέο βακτήριο που άγει τον ηλεκτρισμό σαν «καλώδιο»!

Ένα νέο είδος βακτηρίου που λειτουργεί σαν φυσικό ηλεκτρικό καλώδιο ανακαλύφθηκε πρόσφατα σε μια υφάλμυρη παραλία στο Όρεγκον των ΗΠΑ. Το είδος ονομάστηκε Candidatus Electrothrix yaqonensis, προς τιμήν της φυλής των ιθαγενών Yaquina που κατοικούσε στην περιοχή του Yaquina Bay.

Το συγκεκριμένο βακτήριο ανήκει στην ευρύτερη κατηγορία των λεγόμενων «καλωδιακών βακτηρίων», τα οποία σχηματίζουν αλυσιδωτές δομές με κοινή μεμβράνη, που λειτουργούν ως αγώγιμα νήματα. Σε αντίθεση με τα περισσότερα βακτήρια, αυτά είναι ηλεκτρικά αγώγιμα: μεταφέρουν ηλεκτρόνια από τα βαθύτερα στρώματα του ιζήματος (όπου οξειδώνουν θειούχες ενώσεις) προς τα ανώτερα στρώματα, όπου τα ηλεκτρόνια καταναλώνονται από οξυγόνο ή νιτρικά ιόντα.

Μέχρι σήμερα έχουν καταγραφεί 25 είδη καλωδιακών βακτηρίων, κατανεμημένα σε δύο γένη: Candidatus Electrothrix (σε αλμυρό νερό) και Candidatus Electronema (σε γλυκό και υφάλμυρο). Το νέο είδος, ωστόσο, εμφανίζει γενετικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά και των δύο γενών, γεγονός που το καθιστά σημαντικό κρίκο στην εξελικτική αλυσίδα των καλωδιακών βακτηρίων.

Το Electrothrix yaqonensis ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα είδη για τη δομή και τη φυσική του σύσταση. Το νήμα του είναι περιβεβλημένο με ένα παχύ, διαφανές περίβλημα, το οποίο δεν είναι αγώγιμο, αλλά προσφέρει προστασία από το εξωτερικό περιβάλλον, μια δομή που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ ξανά σε αντίστοιχα βακτήρια.

Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι το εσωτερικό του βακτηρίου: μέσα στις παχιές του ακμές φιλοξενείται μία ίνα που περιέχει ένα μεταλλικό σύμπλοκο νικελίου, το οποίο δρα ως βιολογικό σύρμα και επιτρέπει την άμεση ροή ηλεκτρονίων. Η αγωγιμότητα του βακτηρίου επιβεβαιώθηκε εργαστηριακά: όταν τοποθετήθηκε σε ηλεκτρόδιο χρυσού και εφαρμόστηκε τάση, παρουσίασε γραμμική καμπύλη ρεύματος-τάσης, ένδειξη υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

Η αντίσταση του νέου είδους μετρήθηκε περίπου στα 370 κιλο-ώμ, δηλαδή ισοδύναμη ή ακόμα και καλύτερη από εκείνη άλλων γνωστών καλωδιακών βακτηρίων.

Η γενετική ανάλυση αποκάλυψε πως το νέο βακτήριο διαθέτει μοσαϊκή γονιδιακή σύνθεση, με χαρακτηριστικά τόσο του γένους Electrothrix όσο και του Electronema. Αυτό παρατηρείται, για παράδειγμα, σε μια ειδική πρωτεΐνη, την κυτοχρωμίνη, η οποία στο νέο είδος φέρει δύο αγώγιμες μονάδες (αντί για μία) κάτι που το καθιστά πιο αποτελεσματικό στην μεταφορά ηλεκτρονίων.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και η προσαρμογή του σε υφάλμυρα περιβάλλοντα, όπου η αλατότητα κυμαίνεται. Σε αντίθεση με άλλα είδη του Electrothrix, που χρησιμοποιούν ένζυμα NQR για την ισορροπία των ιόντων νατρίου, το νέο είδος διαθέτει ειδικές πρωτεΐνες ανταλλαγής νατρίου και πρωτονίων (NHE), κάτι που δείχνει εξειδικευμένη εξέλιξη για δύσκολες συνθήκες.

Η ανακάλυψη του Candidatus Electrothrix yaqonensis αναμένεται να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για την εξέλιξη και λειτουργία των αγώγιμων βακτηρίων, ενώ ανοίγει νέες δυνατότητες στην ανάπτυξη βιοηλεκτρονικών υλικών. Η συνδυασμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα και περιβαλλοντική ανθεκτικότητα του βακτηρίου το καθιστούν υποψήφιο για βιοδιασπώμενες ηλεκτρονικές συσκευές και βιοαισθητήρες. Επιπλέον, η ικανότητά του να λειτουργεί σε ιζήματα το καθιστά ιδανικό για περιβαλλοντικές εφαρμογές, όπως η απορρύπανση βαρέων μετάλλων και οργανικών ρύπων.

Σύμφωνα με την επιστημονική ομάδα του Πανεπιστημίου Πολιτείας Όρεγκον, η επόμενη φάση ερευνών θα εστιάσει στην αυτοοργάνωση των αγώγιμων ινών και στον μηχανισμό δημιουργίας του εξωτερικού περιβλήματος, με στόχο την κατανόηση και ενδεχόμενη αξιοποίηση των ιδιοτήτων του σε βιομηχανικό επίπεδο.

[via]