Как бактерии проводят электричество

Изучая бактерии рода Geobacter, ученые обнаружили несколько интересных особенностей, присущих этим анаэробам. Бактерии, в основном, обитают в почве и на дне водоемов. Для выживания им не нужен кислород, но при этом они используют энергию. Только получают они ее не из воздуха, света или тепла, а путем окисления органических веществ, углеводородов и металлов, в том числе радиоактивных, например, урана.

Изучение бактерий с помощью аналитического оборудования приоткрыло завесу тайны процесса окисления: электроны, полученные из субстратов, направляются по цепочке белков и на этом пути претерпевают изменения в ходе некоторых биохимических реакций. Всё, что получается в процессе энергетической деятельности бактерий, выглядит как электронный поток, который сбрасывается с помощью соединений металлов. Именно на этом этапе изучение бактерий Geobacter и обнаружилось кое-что интересное. Учёные увидели, что биопленка бактерий имеет целую сеть белковых нитей, выходящих особыми ворсинками на поверхность клетки. И работает эта сеть не хуже искусственных металлических наноструктур! Бактериальные белковые нити также хорошо проводят электроны, как и металл.

Изучая устройство нитей, было установлено, что ворсинки состоят из белков цитохромов, содержащих гем. Этот гем имеет структуру «молекула внутри молекулы» и представляет собой небелковую часть белков, например, гемапротеинов. При этом гем внутри себя хранит атом железа. Белки-цитохромы, в свою очередь, хранят в себе по шесть таких гемов. В то же время цитохромовые нити имеют определенную структуру, при которой белки располагаются так, чтобы гемы располагались наиболее близко друг к другу, чтобы осуществлять беспрепятственный и быстрый обмен электронов. Получается, что такая структура представляет собой настоящий провод с металлической проводящей, при этом еще и изолированной.

На самом деле, это открытие, которое породило дальнейший интерес к изучению бактерий Geobacter, может сыграть огромную роль в создании электроники будущего. В том числе, речь идёт об экологической очистке воды и почвы, поскольку бактерии способны получать энергию из веществ, которые являют собой основные загрязнители окружающей среды.