隐藏的细菌毛发为大自然的电网供电

耶鲁大学的研究人员在该杂志上报告说，隐藏在细菌内部的一种毛发状蛋白质充当自然界“电网”的一种开关，这是一种由细菌产生的纳米线组成的全球网络，它渗透到所有无氧土壤和深海床中自然。耶鲁大学西校区微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学助理教授、该论文的资深作者 Nikhil Malvankar 说：“我们脚下的地面，整个地球，都是电气连接的。” “这些以前隐藏的细菌毛发是控制构成大自然电网的纳米线释放的分子开关。”

几乎所有生物在将营养物质转化为能量时都会呼吸氧气以去除多余的电子。然而，在无法获得氧气的情况下，生活在海洋深处或埋在地下数十亿年的土壤细菌已经开发出一种通过“呼吸矿物质”呼吸的方法，例如浮潜，通过称为纳米线的微小蛋白质细丝。

然而，这些土壤细菌如何使用纳米线呼出电，仍然是个谜。自 2005 年以来，科学家们一直认为纳米线是由一种称为“菌毛”(拉丁语中的“头发”)的蛋白质组成，许多细菌都显示在其表面。然而，在2019 年和2020 年发表的研究中，由 Malvankar 领导的一个团队表明，纳米线是由完全不同的蛋白质组成的。“这让该领域的每个人都感到惊讶，对成千上万关于菌毛的出版物提出了质疑，”马尔万卡说。

埋藏细菌中的两种蛋白质缺乏氧气，会泵出纳米线，从而“呼出”电子。科学家们正在寻求利用这种自然电网来发电、新的生物燃料，甚至是自我修复的电子元件。图片来源：耶鲁大学

在这项新研究中，研究生 Yangqi Gu 和 Vishok Srikanth 使用冷冻电子显微镜揭示了这种菌毛结构由两种蛋白质组成。菌毛本身并没有作为纳米线，而是隐藏在细菌内部，像活塞一样，推动纳米线进入环境。以前没有人怀疑过这样的结构。

这组作者说，了解细菌如何产生纳米线将使科学家能够定制细菌以执行许多功能——从对抗病原体感染或生物危害废物到创建活电路。它还将帮助寻求使用细菌发电、制造生物燃料甚至开发自我修复电子设备的科学家。

其他作者包括来自耶鲁大学的 Aldo Salazar-Morales、Ruchi Jain、Patrick O'Brien、Sophia Yi、Fadel A. Samatey 和 Sibel Ebru Yalcin，以及来自哥伦比亚大学的 Rajesh Soni。

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