Вчені відкрили нові бактерії, що проводять електрику як дріт

Нещодавно виявлена ​​бактерія, що мешкає в мулистих відлинах узбережжя Орегону, може започаткувати нову еру біоелектричних пристроїв. Його назвали Ca. Electrothrix yaqonensis на честь племені яко’н, що проживає в районі, де його було знайдено, і він проводить електрику так само, як дріт. Це не унікально, але Ca. Electrothrix yaqonensis має деякі цікаві риси, які відрізняють його від інших провідних мікробів.

Разом ці організми відомі як кабельні бактерії, і лише кілька з них відомі, розділені на два кандидатні роди (Ca.), які ще не культивовані та офіційно описані – Ca. Electrothrix та Ca. Electronema. Вони живуть в осадовому середовищі та розташовуються кінцями у довгі нитки, що транспортують електрони.

Мета цього — розподіл метаболічної праці між окремими клітинами в середовищі, насиченому киснем, в якому вони живуть. Це справжній колектив, як це часто буває з бактеріальними колоніями, але унікальним чином, що підходить для їхнього похмурого, вологого дому. Навіть серед своєрідного набору видів, однак, Ca. Electrothrix yaqonensis виділяється.

«Цей новий вид, схоже, є містком, ранньою гілкою в межах клади Ca. Electrothrix, що свідчить про те, що він може дати нове розуміння того, як ці бактерії еволюціонували та як вони можуть функціонувати в різних середовищах», — каже мікробіолог Ченг Лі з Університету штату Орегон та Університету Джеймса Медісона.

«Він виділяється з-поміж усіх інших описаних видів кабельних бактерій своїм метаболічним потенціалом і має відмінні структурні особливості, включаючи виражені поверхневі ребра, до трьох разів ширші, ніж в інших видів, які містять високопровідні волокна, виготовлені з унікальних молекул на основі нікелю».

Під керівництвом мікробіолога Анвара Хіралала з Антверпенського університету в Бельгії, дослідники виділили та вивчили бактерію, використовуючи методи геномної, морфологічної, спектроскопічної та електричної характеристики. Їхні результати показали, що він має деякі морфологічні відмінності від інших кабельних бактерій, а також генетичну схожість з обома родами. Серед найважливіших знахідок були яскраво виражені гребені, а також позаклітинні оболонки, які мікроби виділяють, коли формують свої довгі, з’єднані нитки.

Ці нитки є основою для бактерій, які здійснюють реакції окислення-відновлення на великих відстанях (до кількох сантиметрів). Клітини, заховані глибше в осаді, де вони не мають доступу до кисню, виробляють енергію, метаболізуючи сульфід. Це виробляє електрони, які вони транспортують до багатого на кисень шару, де верхні клітини використовують кисень або нітрати для отримання електронів.

За словами дослідників, люди можуть використовувати таку поведінку для таких цілей, як безпека харчових продуктів та очищення навколишнього середовища.

«Ці бактерії можуть переносити електрони для очищення від забруднюючих речовин, тому їх можна використовувати для видалення шкідливих речовин з осадових порід», — каже Лі. «Крім того, їхня розробка високопровідного нікелевого білка може надихнути на розробку нової біоелектроніки».

Подальша робота може допомогти уточнити положення цього нового виду в родинному дереві кабельних бактерій та те, чого ми можемо з нього навчитися.

«Його нонконформістські метаболічні риси підкреслюють складну еволюційну динаміку в межах клади кабельних бактерій, — пишуть дослідники, — і свідчать про ширше функціональне та екологічне різноманіття в межах цієї клади, ніж вважалося раніше».

Дослідження було опубліковано в журналі «Прикладна та екологічна мікробіологія».