umani, un giorno, possono essere in grado di produrre la propria energia elettrica allo stesso modo delle anguille elettriche, secondo un gruppo di ricerca con sede in Giappone. È l'obiettivo finale che inizia con la comprensione precisa di come piccoli "motori" all'interno dei batteri mantengono l'equilibrio biologico.

I ricercatori si sono concentrati in particolare su un motore rotazionale soprannominato V1 che funziona come parte di una pompa che sposta gli ioni di sodio attraverso la membrana come parte di processi cellulari sani. Hanno pubblicato i loro risultati in Journal of Biological Chemistry online il 13 settembre e nell'edizione cartacea l'8 novembre.

"L'efficienza di conversione dell'energia dei motori molecolari rotanti è molto superiore a quella dei motori artificiali, " disse Ryota Iino, autore di articoli e ricercatore presso l'Istituto di Scienze Molecolari degli Istituti Nazionali di Scienze Naturali e il Dipartimento di Scienze Molecolari Funzionali della Scuola di Scienze Fisiche della Graduate University for Advanced Studies. "E la conversione dell'energia da parte dei motori molecolari rotanti è reversibile. Se comprendiamo completamente il meccanismo, porterà alla realizzazione di sistemi altamente efficienti, motori artificiali in futuro."

Per comprendere il meccanismo, i ricercatori hanno utilizzato una sonda a nanoparticelle d'oro per osservare direttamente singole molecole purificate da batteri:Enterococcus hirae, che può causare sepsi nell'uomo. Imaging di una singola molecola ad alta risoluzione, i ricercatori hanno potuto osservare il suo comportamento nel tempo e determinare come il motore ruotava per diverse sezioni per interagire con vari input. Proprio come una pompa da pozzo che una persona deve azionare per far scorrere l'acqua verso l'alto, contro la gravità, la pompa molecolare osservata deve richiedere un input di energia per generare più energia per trasportare ioni contro il gradiente della membrana batterica. L'energia che l'essere umano mette nella pompa a mano è limitata, ma l'interazione è pesante, rispetto alla quantità di energia necessaria affinché l'acqua scorra verso l'alto.

"Abbiamo iniziato lavorando per capire come l'energia chimica viene convertita nella rotazione meccanica del motore V1, " ha detto Iino. "Abbiamo scoperto che mentre le strutture tridimensionali di V1 e dei relativi motori rotanti sono simili, i loro meccanismi di accoppiamento chimico e meccanico sono molto diversi, suggerendo che le funzioni cellulari hanno dettato l'evoluzione di diversi meccanismi funzionali".

Con questo studio, i ricercatori hanno una migliore comprensione di come il motore V1 forma un complesso con un altro motore rotativo chiamato Vo per pompare attivamente ioni di sodio attraverso la membrana cellulare. In altre parole, il complesso motorio utilizza l'energia chimica della cellula per ruotare meccanicamente e convertire l'energia in potenziale elettrochimico, proprio come un essere umano usa l'energia acquisita dal cibo per far funzionare una pompa del pozzo, conseguente l'energia generata del flusso d'acqua.

"Prossimo, vorremmo capire esattamente come funziona il meccanismo di conversione dell'energia del complesso motorio, " disse Iino.

Secondo Iino, le anguille elettriche generano energia elettrica dall'energia chimica con un meccanismo simile al complesso motore in questo studio.

"Se possiamo comprendere appieno questo meccanismo, potrebbe essere possibile sviluppare una batteria in grado di convertire l'energia da impiantare in un'anguilla elettrica artificiale o persino in un essere umano, " disse Iino.