Táto baktéria vedie elektrinu lepšie než niektoré kovy a môže nahradiť súčiastky v tvojom počítači aj čistiť ropné škvrny!
Novoobjavená elektricky vodivá baktéria Ca. Electrothrix yaqonensis môže priniesť prevrat v čistení znečisteného prostredia aj v bioelektronike, vďaka schopnosti viesť prúd cez biologicky rozložiteľné vlákna.
Novoobjavená elektricky vodivá baktéria Ca. Electrothrix yaqonensis otvára nové možnosti v oblasti sanácie znečistenia a bioelektronických aplikácií. Tento druh „káblových baktérií“, objavený v bahnitých sedimentoch oregonského zálivu Yaquina, predstavuje nielen evolučný most medzi známymi rodmi Ca. Electrothrix a Ca. Electronema, ale aj praktický nástroj pre moderné technológie. Ich schopnosť viesť elektrický prúd cez vláknité štruktúry s obsahom niklu poskytuje inšpiráciu pre vývoj udržateľnej elektroniky a efektívnejšie metódy čistenia životného prostredia.
Takzvané „káblové baktérie“ sa vyznačujú bunkami v tvare tyčiniek prepojených spoločnou membránou, čím vytvárajú až niekoľko centimetrov dlhé vláknité reťazce. U Ca. Electrothrix yaqonensis vedú elektróny cez proteínové vlákna obohatené niklom, čo im umožňuje prenášať elektrický signál s conductivitou presahujúcou 10 S cm⁻¹, teda hodnotou blízkou polovodičom. Táto adaptácia optimalizuje ich metabolizmus v prostredí s nízkym obsahom kyslíka, kde spájajú sulfid z hlbších vrstiev sedimentov s akceptormi elektrónov na povrchu, ako sú kyslík alebo dusičnany.
„V porovnaní s inými káblovými baktériami vyniká Ca. Electrothrix yaqonensis širšími povrchovými hrebeňmi a unikátnym metabolickým profilom, ktorý kombinuje znaky oboch rodov. Toto spojenie naznačuje, že by mohol byť kľúčom k pochopeniu evolúcie dlhodiového elektronového transportu v mikrobiálnom svete,“ vysvetľuje Cheng Li, hlavný autor štúdie publikovanej v Applied and Environmental Microbiology.
Tieto baktérie majú tendenciu oživiť bioeletroniku
Bioelektronika je vedný odbor, ktorý spája biologické systémy s elektronikou a hľadá spôsoby, ako ich využiť v praxi. Novoobjavené baktérie, ktoré dokážu prenášať elektróny na väčšie vzdialenosti, ponúkajú v tejto oblasti veľký potenciál.
Vďaka tejto schopnosti môžu byť využité napríklad na výrobu biosenzorov, ktoré by dokázali odhaliť prítomnosť škodlivých látok v sedimentoch. Okrem toho by mohli slúžiť aj ako bioakumulátory, teda zariadenia premieňajúce chemickú energiu na elektrickú. Ďalšou možnosťou je ich využitie v technológiách na čistenie prostredia, kde by pomáhali odstraňovať toxické látky, ako sú ropné produkty alebo ťažké kovy. Všetky tieto aplikácie ukazujú, že baktérie s elektrickou vodivosťou môžu mať v budúcnosti významné využitie v ochrane životného prostredia aj v nových technológiách.
Experimenty ukázali, že „káblové baktérie“ dokážu rozkladať až 25 % ropných látok v sedimentoch za 7 týždňov. V kombinácii s bioelektrochemickými systémami táto účinnosť stúpla až na 46 %.
Neprehliadni
„Ich schopnosť oxygenácie sedimentov môže zmierniť toxické účinky sulfidov a obnoviť ekologickú rovnováhu v postihnutých oblastiach,“ dopĺňa Li.
Elektronický odpad je celosvetovo veľkým problémom, keďže každý rok vznikne až 50 miliónov ton vyradených elektronických zariadení. Preto vedci hľadajú nové materiály, ktoré by sa v prírode rýchlo rozložili a nezaťažovali životné prostredie. Vlákna baktérie Ca. Electrothrix yaqonensis predstavujú zaujímavú alternatívu k bežne používaným kovom v elektronike. Tieto vlákna majú nízky elektrický odpor a dokážu prenášať veľké množstvo elektrického prúdu, takže by mohli slúžiť ako prepojovacie časti v rôznych elektronických obvodoch. V laboratórnych testoch sa ukázalo, že zvládnu prenášať jednosmerný aj striedavý prúd, čo je dôležité napríklad pre využitie v počítačových čipoch alebo senzoroch. Navyše, keďže sú tieto vlákna biologicky rozložiteľné a v prírode sa rozpadnú za 9 až 30 dní, ich použitie by teda pomohlo znížiť množstvo elektronického odpadu a tým aj ekologickú záťaž.
Vedcom čaká ešte náročný výskum
„Napriek sľubným vlastnostiam je potrebné ďalšie skúmanie stability týchto štruktúr pri rôznych teplotách a vlhkosti. Bezpečnosť ich využitia v medicínskych implantátoch alebo potravinárskom priemysle tiež zostáva otvorenou otázkou,“ upozorňuje Li.
Výskum Ca. Electrothrix yaqonensis je výsledkom spolupráce 12 inštitúcií vrátane Oregonskej štátnej univerzity, Antverpskej univerzity a Technickej univerzity v Delfte. Prioritou tímov je teraz vývoj metód pre hromadnú kultiváciu baktérií, ktorá je nevyhnutná pre komerčné využitie. „Aktuálne dokážeme pestovať len malé množstvá v laboratórnych podmienkach. Optimalizácia živných roztokov a parametrov prostredia je kľúčová,“ dodáva Li.
Súbežne sa skúma možnosť genetických úprav na zvýšenie vodivosti alebo odolnosti baktérií. Prvé pokusy s elektródami ukázali, že baktérie sa aktívne pohybujú smerom k elektródam s potenciálom +200 mV, čo by mohlo umožniť ich elektronické riadenie v bioreaktore. Pomenovanie druhu po kmeňi Yaqona nie je len symbolické. Spolupráca s Konfederovanými kmeňmi indiánov Siletz pokračuje aj pri výskume environmentálnych dopadov tejto technológie. „Rešpekt k tradičným poznatkom pôvodných obyvateľov je neoddeliteľnou súčasťou nášho prístupu,“ uzatvára Li.
Komentáre