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细菌“毛发”正暗地为大自然输电

细菌中的两种蛋白质会在缺氧时“泵出”纳米线。

当地时间9月1日,由美国耶鲁大学领导的研究团队在《自然》杂志发文称,某种隐藏在细菌内部的毛发状蛋白质充当了自然界电网的开关。

几乎所有生物在将营养物质转化为能量时,都需要吸入氧气来清除多余电子。然而,由于无法获得氧气,海洋深处或深埋地底的细菌已经进化出了一种利用矿物质呼吸的方式。这种方式类似浮潜,需要通过一种被称为纳米线的蛋白纤维完成。细菌会在缺氧时泵出纳米线,“呼出”电子。这种纳米线所组成的全球性电网,渗透到了所有无氧土壤和深海海床中。

科学家认为,这种天然电网或可用于发电、生产新型生物燃料,乃至制造能自我修复的电子元件。论文作者、耶鲁大学微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学助理教授Nikhil Malvankar说:“我们脚下的土地,甚至整个地球,都是由细菌的纳米电网连接起来的。隐藏的毛发状蛋白质是控制纳米线释放的分子开关。”

不过,这些细菌利用纳米线产生电流的机制仍然是个谜。自2005年以来,很多科学家认为纳米线是由pili(拉丁语意为毛发)蛋白质组成的,因为大部分细菌的表面都含有这种蛋白质。然而,Malvankar团队在新研究中发现,纳米线实际是由完全不同的蛋白质构成。

研究人员使用低温电子显微镜揭示了毛发结构的两种蛋白质,结构本身并没有充当纳米线,而是隐藏在细菌内部,像活塞一样将纳米线推向环境中。

Malvankar表示,深入了解细菌制造纳米线的方式将使一系列工程细菌应用具备可行性,例如:抗击致病性感染、处理生物危害废物、细菌发电等。

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然》

期刊编号:0028-0836

原文链接:https://phys.org/news/2021-09-hidden-bacterial-hairs-power-nature.html

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