Microbiólogos dirigidos por Derek Lovley en la Universidad de Massachusetts Amherst, conocido internacionalmente por haber descubierto microfilamentos o "nanocables" conductores de electricidad en la bacteria Geobacter, anuncian en un nuevo artículo este mes que han descubierto estructuras inesperadas en muchos otrosespecies, ampliando en gran medida el campo de investigación sobre filamentos conductores de electricidad. Los detalles aparecen en línea en Revista de la Sociedad Internacional de Ecología Microbiana .
Lovley, quien publicó su primer artículo describiendo Geobacter hace 30 años, explica: "Geobacter ha desarrollado estos filamentos especiales con una subunidad básica muy corta llamada pilina que se ensambla para formar largas cadenas que se asemejan a una cuerda retorcida. La mayoría de las bacterias tienen un básicosubunidad que es de dos a tres veces más larga. Tener una conducción eléctrica de pili o e-pili es un evento evolutivo reciente en Geobacter, por lo que la hipótesis de trabajo era que esta habilidad solo se encontraría en sus parientes cercanos ".
Agrega: "Nos sorprendió, y creo que mucha gente se sorprenderá al saber que el concepto de que los microbios necesitan la subunidad pilina corta para producir e-pili es incorrecto. Hemos descubierto que algunas pilinas mucho más grandes puedentambién producen e-pili y que la capacidad de expresar e-pili ha surgido independientemente varias veces en la evolución de diversos grupos microbianos ". Él y sus coautores agregan que" e-pili puede tener un papel importante en el ciclo biogeoquímico del carbonoy metales y tienen aplicaciones potenciales como materiales electrónicos 'verdes' ".
Lovley dice: "Este es un gran desarrollo, porque ahora el campo se ampliará. Los microbiólogos ahora saben que pueden trabajar con otros microbios para investigar filamentos conductores de electricidad. Hemos encontrado una amplia gama de microbios que tienen esto. Uno interesanteLo que ya podemos informar es que algunas de las nuevas bacterias que hemos identificado tienen filamentos de hasta 10 nanómetros de diámetro. El filamento de Geobacter es muy delgado, solo tres nanómetros de diámetro. Para construir dispositivos electrónicos como sensores de nanocables, es mucho más fácilpara manipular cables más gruesos. También será más sencillo dilucidar las características estructurales que confieren conductividad a los cables más gruesos porque es más fácil resolver su estructura ".
Espera que el descubrimiento de nanocables proteicos conductores de electricidad adicionales contribuyan a una muy necesaria revolución "verde" y sostenible en la fabricación de productos electrónicos ". Nuestro sistema actual de uso de energía considerable y recursos raros para producir productos electrónicos, luego los desecha en productos tóxicosLos vertederos de basura en el extranjero no son sostenibles ", dice Lovley. La producción de materiales biológicos electrónicos con microbios se puede lograr sin productos químicos agresivos y requiere menores aportes de energía, señala." Y los microbios comen a bajo precio. En el caso de Geobacter, básicamente nos alimentamosellos vinagre "
Lovley y sus colegas informan que "las cepas de G. sulfurreducens que producen altas densidades de corriente, que solo son posibles con e-pili, se obtuvieron con genes de pilina de Flexistipes sinusarabici, Calditerrivibrio nitroreducens y Desulfurivibrio alkaliphilus. La conductancia de pili de estas cepas fuecomparable al nativo G. sulfurreducens e-pili ".
En los últimos años, los microbiólogos y físicos de UMass Amherst que trabajan con especies de Geobacter desarrollaron una hipótesis sobre cómo sus e-pili pueden conducir corriente eléctrica en función de la presencia de aminoácidos aromáticos en las subunidades de pilina. Han utilizado esta característica:- una alta densidad de aminoácidos aromáticos y una falta de espacios sustanciales libres de aromáticos a lo largo de las cadenas de pilina - para seleccionar genes pili candidatos de otros microorganismos, incluidos muchos microorganismos difíciles de cultivar.
El uso de esta técnica "revela nuevas fuentes de materiales electrónicos con base biológica y sugiere que una amplia diversidad filogenética de microorganismos puede usar e-pili para el intercambio extracelular de electrones", informan. Para probar y validar sus resultados de detección biológica, tomaron pilina nativagenes de Geobacter y los reemplazó con genes de Calditerrivibrio, por ejemplo, luego colocaron este organismo genéticamente modificado en una celda de combustible microbiana para ver si produciría corriente eléctrica. En varios casos, lo hicieron, dice Lovley.
Lovley descubrió Geobacter cuando fue contratado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos para llevar a cabo su primer proyecto de microbiología en la calidad del agua en el río Potomac, en particular para comprender qué microbios estaban influyendo en las floraciones de algas alimentadas por fosfatos en los sedimentos de los ríos. Él recuerda: "La mayoríaLos científicos, incluidos los microbiólogos, pensaron que una reacción química era responsable de las transformaciones de hierro en el lodo que liberaban fosfatos asociados como contaminación en el agua. Sin embargo, cuando investigamos esto más a fondo, estaba claro que los microorganismos estaban involucrados y eso nos llevó ael descubrimiento de Geobacter "
A lo largo de los años, otras características únicas de Geobacter han resultado en muchas "primicias en microbiología" en los campos de biogeoquímica, bioremediación y energía renovable. Lovley dice: "Ahora Geobacter nos ha llevado a la electrónica. Estoy emocionado de descubrir si estoslos nuevos nanocables proteicos eléctricamente conductores de otras bacterias podrían funcionar incluso mejor que los cables Geobacter para aplicaciones como sensores biomédicos. El método de detección simple descrito en nuestro documento es identificar genes para cables conductores en diversos microorganismos que pueden depender de la señalización eléctrica para funciones únicas deimportancia biomédica y ambiental "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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