Znanstvenici otkrivaju “električne” bakterije – može li to dovesti do baterija iduće generacije i minijaturnih pejsmejkera?

Stručnjaci znaju za postojanje čudne vrste bakterije koja se nalazi u sedimentu, i tlu bez kisika, te koja može proizvesti električnu energiju. Ali tek su nedavno saznali kako postoji mikroorganizam koji postiže isto i to metodom koja se razlikuje od one koju koriste druge električne bakterije.

Nazvana je Geobacter sulfuriucens i riječ je o anaerobnoj bakteriji posjeduje jedinstvenu biološku strukturu. Ovo prethodno neidentificirano svojstvo omogućuje mikrobu provođenje struje.

Istraživači vjeruju kako je moguće kopirati prirodnu strukturu bakterije i poboljšati njezinu sposobnost stvaranja električne energije. Rafinirana sintetička inačica može napajati minijaturnu elektroniku i omogućiti dizajniranje sićušnih baterija velikog kapaciteta.

Medicinska tehnologija može imati velike koristi od strukture dobivene iz ove bakterije. Oblik generiranja električne energije može omogućiti odbacivanje potencijalno štetnih žica prilikom dizajniranja pejsmejkera za srce.

Do otkrića su došli istraživači sa Sveučilišta u Virginiji (UVA). Njihova otkrića objavljena su u znanstvenom časopisu Cell.

Ova bakterija može otpustiti električnu energiju kroz jedinstvene nanostrukture

Mikroorganizmi koji generiraju električnu energiju prenose svoj naboj kroz te proširene minijaturne „žičane završetke“ (pili).
Ranije su stručnjaci vjerovali da je G. sulfureducens koristio svoje pili za provođenje električne energije. Ali tim istraživača s Medicinske škole UVA-e uočio je kako je ta vrsta razvila drugačije sredstvo za stvaranje električnog naboja.

G. sulfuriucens posjeduje uredan niz vlakana načinjenih od drugih vrsta proteina od onih koji se nalaze u pilima. Zauzvrat, protein obuzima molekule “nanostruktura” koje sadrže metale.

Nanostrukture nalikuju kablu za napajanje električnih uređaja. Bakterijska je struktura daleko manja – 100 000 takvih oblika može se uklopiti u širinu ljudske dlake.

Istraživač sa sveučilišta u Virginiji, dr. Edward H. Egelman, vjeruje kako nanostruktura G. sulfuriucens proizvodi električnu energiju, te nudi način povezivanja elektronike i živih organskih stanica. On predviđa buduću generaciju minijaturiziranih elektroničkih uređaja koji rade na struju proizvedenu u kolonijama G. sulfuriucens.

“Postoji puno vrsta implantiranih medicinskih proizvoda koji su spojeni na tkivo, poput pejsmejkera sa žicama, a to bi moglo dovesti do primjene u kojoj imate minijaturne uređaje koji su zapravo povezani s tim proteinima”, objasnio je Egelman.

Iznio je potencijalne mogućnosti kao što su proizvodnja i prikupljanje bioenergije, čišćenje zagađivača i bioloških senzora.

Nano-struktura koja stvara električnu energiju može dovesti do minijaturne elektronike i medicinskih uređaja

Soj bakterije Geobacter ispunjava kritičnu ulogu u tlu. Ti izdržljivi mikrobi prebacuju minerale kroz tlo i čiste radioaktivno onečišćenje iz svoje okoline.

Bakterije Geobacter čak preživljavaju u okruženjima siromašnim kisikom. Kada bakterijska stanica akumulira previše elektrona, kao otpadni proizvod tjelesnih procesa, ona ispušta električni naboj kroz svoje nanostrukture.

U prošlosti su nanostrukture bakterija privlačile pažnju. No tehnologija potrebna za proučavanje nanostruktura pojavila se tek 2014. godine.

Istraživači sa UVA proučavali su G. sulfuriucens kroz leće najnovijeg krioelektronskog mikroskopa. Nevjerojatna rezolucija uređaja omogućila im je da istraže oblik niti na atomskoj razini.

Egelman je rekao kako su istraživači i proizvođači stekli puno uvida i ideja iz prirodnog svijeta. Bolje razumijevanje prirode, sve do atomske razine, omogućilo je ponovno stvaranje i poboljšanje mnogih njegovih čuda.

“Jedan primjer koji nam pada na pamet je paukova svila, koja je napravljena od proteina poput ovih nanostruktura, ali je jača od čelika”, podijelio je Egelman u intervjuu. „Tijekom milijardi godina evolucije, priroda je evoluirala materijale koji imaju izvanredne kvalitete i želimo iskoristiti njihove prednosti. “