Havsbotten och marken under våra fötter är fulla av små nanotrådar—1/100, 000:e bredden av ett människohår – skapat av miljarder bakterier som kan generera elektriska strömmar från organiskt avfall. I ny forskning publicerad 17 augusti i tidskriften Naturens kemiska biologi , Yale-forskare beskriver hur detta dolda elnät kunde aktiveras med en kort stöt av elektriskt fält.

"Vi lever i en elektrisk värld, sa Nikhil Malvankar, biträdande professor i molekylär biofysik och biokemi vid Microbial Science Institute vid Yales västra campus och senior författare till artikeln. "Styrkan och konduktiviteten hos dessa nanotrådar, i kombination med bakteriers förmåga att reparera sig själva, kan bidra till att skapa hållbara, självläkande, elektronik från levande celler."

I miljöer utan syre, bakterien Geobacter "andas" genom att projicera små proteinfilament som kallas nanotrådar in i bakteriesamhällen som kallas biofilmer för att göra sig av med överflödiga elektroner som härrör från omvandlingen av organiskt avfall till elektricitet. Men det har förblivit ett mysterium hur dessa bakterier, som staplar sig ovanpå varandra som höghus i lägenheter, skicka elektroner över avstånd 100 gånger deras storlek.

I tidigare forskning, teamet visade att nanotrådar som består av ett protein som kallas OmcS innehöll små metalliska byggstenar, eller hemes, över hela deras längd. OmcS överför elektricitet. Den nya studien fann att när den stimuleras av ett elektriskt fält, bakterierna producerar tidigare okända nanotrådar av en annan, effektivare protein, OmcZ. Den överför el 1, 000 gånger effektivare än OmcS.

Sibel Ebru Yalcin, en forskare vid Yale's Microbial Sciences Institute, ledde detta arbete med doktorander J. Patrick O'Brien, Yangqi Gu och Krystle Reiss.

"Förvånande, nanotrådar tål och fungerar i extremt sura miljöer där de flesta proteiner bryts ned, "Yalcin noterade. "Detta ger en unik möjlighet att utveckla nya sensorer och mycket motståndskraftiga material."