محققان دانشگاه ییل باکتری هایی را کشف کردند که از نور برای تنفس الکتریسیته استفاده می کنند
دنیای طبیعی شبکه الکتریکی خاص خود را دارد که از شبکه ای جهانی از نانوسیم های کوچک ساخته شده توسط باکتری های موجود در خاک و اقیانوس ها که با بازدم الکترون های اضافی تنفس می کنند، تشکیل شده است.
در یک مطالعه جدید، تیمی از محققان دانشگاه ییل دریافتند که نور یک متحد شگفت‌انگیز در تقویت این فعالیت الکترونیکی در باکتری‌های بیوفیلم است. آنها دریافتند که نانوسیم‌های تولید شده توسط باکتری‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند که رسانایی الکتریکی را تا ۱۰۰ برابر افزایش می‌دهد.
سلول های زنده بیش از دو دهه است که با نقاط کوانتومی و نانوساختارها برای برچسب زدن فلورسنت و تحویل دارو ترکیب شده اند. با این حال، نانوساختارهای جاذب نور برای هدایت واکنش‌های کاتالیزوری در داخل سلول‌ها به دلیل عدم سازگاری زیستی و سمیت سلولی بالای مواد خارجی در داخل سلول، که اغلب کارایی عملیاتی را محدود می‌کند، استفاده نشده است.
نتیجه می‌تواند بینش‌های جدیدی را ارائه دهد زیرا دانشمندان راه‌هایی را برای بهره برداری از این جریان الکتریکی پنهان برای اهداف مختلف، از حذف زباله‌های مخاطره‌آمیز تا ایجاد منابع سوخت تجدیدپذیر جدید، دنبال می‌کنند. برای همه موجودات زنده معمول است که برای خلاص شدن از شر الکترون های اضافی هنگام تبدیل مواد مغذی به انرژی، اکسیژن تنفس کنند. با این حال، بدون دسترسی به اکسیژن، باکتری‌های خاک که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند یا طی میلیاردها سال در زیر زمین مدفون شده‌اند، راهی برای تنفس از طریق «تنفس مواد معدنی»، مانند غواصی، از طریق رشته‌های پروتئینی ریز به نام نانوسیم ایجاد کرده‌اند.
محققان دریافتند که وقتی این باکتری ها در معرض نور قرار می گیرند، جریان الکتریکی به طرز شگفت آوری افزایش می یابد. این به این دلیل است که بیشتر باکتری های آزمایش شده در عمق خاک و دور از دسترس نور وجود دارند.
در مطالعه جدید، یک تیم دانشگاه ییل به سرپرستی محقق فوق دکتری، ینس نو و دانشجوی فارغ التحصیل کاترین شیپس به این نتیجه رسیدند که یک پروتئین حاوی فلز به نام سیتوکروم OMCs – که نانوسیم های باکتریایی را می سازد – به عنوان یک رسانای نور طبیعی عمل می کند. هنگامی که بیوفیلم ها در معرض نور قرار می گیرند، نانوسیم ها انتقال الکترون را بسیار تسهیل می کنند.
نیکیل ملوانکار، نویسنده ارشد این مقاله گفت: این شکل کاملاً متفاوتی از فتوسنتز است. در اینجا، نور به دلیل انتقال سریع الکترون بین نانوسیم‌ها، تنفس باکتری‌ها را تسریع می‌کند.
محققان اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه می توان از این بینش در مورد هدایت الکتریکی باکتری ها برای تحریک رشد در اپتوالکترونیک و جذب متان، گاز گلخانه ای که به عنوان عامل مهمی در تغییرات آب و هوایی جهانی شناخته می شود، استفاده کرد.
