I den senaste artikeln från Geobacter Lab ledd av mikrobiolog Derek Lovley vid University of Massachusetts Amherst, han och kollegor rapporterar "ett stort framsteg" i strävan efter att utveckla elektriskt ledande protein nanotrådar i bakterien Geobacter sulfurreducens för användning som kemiska och biologiska sensorer. Detaljer visas i det aktuella numret av tidskriften American Chemical Society, ACS syntetisk biologi .

Elektriskt ledande proteinnanotrådar som finns i Geobacter har varit föremål för intensiv studie i hans laboratorium i flera år, Loveley noterar, eftersom de erbjuder så många fördelar jämfört med dyra kiselnannotrådar och kolnanorör som kräver giftiga kemikalier och högenergiprocesser för att producera.

Däremot Geobacters nanotrådar kan massproduceras på ett hållbart sätt och odlas med förnybara råvaror. De kräver låg energiinmatning - en uppskattning säger att det kostar 100 gånger mindre energi att producera dem än kisel -nanotrådar - och de kan återvinnas, konstaterar mikrobiologen. Protein nanotrådar är känsligare, tunnare och mer flexibla än silikontrådar så att mer kan packas på ett mindre utrymme, med bättre avkänningsmöjligheter. De är också stabila i vatten eller kroppsvätskor, en viktig egenskap för biomedicinska tillämpningar.

Lovely, som upptäckte de elektricitetsledande mikroberna i Potomac River-leran för mer än 30 år sedan, säger, "I vår tidigare forskning fokuserade vi på att ställa in ledningarnas konduktivitet genom att modifiera genen för proteinet som Geobacter sätter ihop i tråden. Vi har nu en verktygslåda med trådar att välja mellan med ett miljonfaldigt intervall i konduktivitet. Det ger bred flexibilitet för design av elektroniska enheter."

"En av de mest lovande tillämpningarna för proteinnanotrådar är biomedicinska sensorer och miljösensorer, "förklarar han." Vi vill designa tråden som specifikt binder ett biologiskt eller kemiskt ämne av intresse. När den molekylen binder till tråden kommer det att vara uppenbart som en förändring i elektrisk signal."

"Nästa mål var att se om vi kunde modifiera nanotrådarnas ytegenskaper utan att förstöra deras ledningsförmåga, vilket är vad vi har visat i denna senaste proof-of-concept-tidning, "Påpekar Lovley. Hans labs senaste studier visar att peptider upp till 9 aminosyror långa kan tillsättas till nanotrådarnas aminosyraryggrad, och att "dekorera" den med ännu fler peptider är möjligt.

Forskarna testade två olika scenarier för peptid-"dekoration" - så namngivna eftersom peptiderna som exponeras längs utsidan av trådarna är som små glödlampor på en sträng av julbelysning, säger Lovely.

De konstruerade först en stam av G. sulfurreducens som gjorde syntetiska nanotrådar dekorerade med en sex-histidin "His-tag" som specifikt band nickel till trådytan. Därefter demonstrerade de möjligheten att tillverka trådar med två dekorationer, His-taggen och en "linker" nio-peptid "HA-tag" exponerad på den yttre ytan. De visade också att antalet dekorationer på tråden kunde kontrolleras genom att införa en genetisk krets för att kontrollera uttrycket av HA-taggen. Ingen av taggarna minskade ledningarnas ledningsförmåga, rapporterar författarna.

Dessa breda möjligheter att modifiera nanotrådarna med peptider, plus deras "gröna, "hållbara egenskaper lovar ytterligare framsteg, säger forskarna. Nanotrådarnas egenskaper "kan nu enkelt modifieras för att få nya funktioner. T.ex. som vi visar i tidningen, peptider kan utformas för att specifikt binda kemikalier eller biologiska ämnen av intresse, vilket kommer att vara användbart för att designa nanotrådssensorer."