Quando il batterio Shewanella oneidensis "respira" alcuni composti metallici e di zolfo in modo anaerobico, il modo in cui un organismo aerobico processerebbe l'ossigeno, produce materiali che potrebbero essere utilizzati per migliorare l'elettronica, stoccaggio di energia elettrochimica, e dispositivi per la somministrazione di farmaci.

La capacità di questo batterio di produrre bisolfuro di molibdeno, un materiale in grado di trasferire facilmente gli elettroni, come il grafene, è il fulcro della ricerca pubblicata in Biointerfasi da un team di ingegneri del Rensselaer Polytechnic Institute.

"Questo ha un serio potenziale se possiamo comprendere questo processo e controllare gli aspetti di come i batteri producono questi e altri materiali, "ha detto Shayla Sawyer, professore associato di elettrotecnica, computer, e ingegneria dei sistemi a Rensselaer.

La ricerca è stata guidata da James Rees, che è attualmente un associato di ricerca post-dottorato sotto il gruppo Sawyer in stretta collaborazione e con il supporto del Progetto Jefferson a Lake George, una collaborazione tra Rensselaer, Ricerca IBM, e The FUND for Lake George che sta sperimentando un nuovo modello per il monitoraggio e la previsione ambientale. Questa ricerca è un passo importante verso lo sviluppo di una nuova generazione di sensori di nutrienti che possono essere distribuiti su laghi e altri corpi idrici.

"Troviamo che batteri che si adattano a specifici ambienti geochimici o biochimici possono creare, in alcuni casi, materiali molto interessanti e nuovi, " Ha detto Rees. "Stiamo cercando di portare questo nel mondo dell'ingegneria elettrica."

Rees ha condotto questo lavoro pionieristico come studente laureato, co-consigliato da Sawyer e Yuri Gorby, il terzo autore di questo articolo. Rispetto ad altri batteri anaerobi, una cosa che rende Shewanella oneidensis particolarmente insolita e interessante è che produce nanofili in grado di trasferire elettroni.

"Ciò si presta a collegarsi a dispositivi elettronici già realizzati, " disse Sawyer. "Allora, è l'interfaccia tra il mondo vivente e il mondo artificiale che è affascinante."

Sawyer e Rees hanno anche scoperto che, perché le loro firme elettroniche possono essere mappate e monitorate, i biofilm batterici potrebbero anche agire come un efficace sensore di nutrienti che potrebbe fornire ai ricercatori del Jefferson Project informazioni chiave sulla salute di un ecosistema acquatico come il lago George.

"Questo lavoro innovativo che utilizza biofilm batterici rappresenta il potenziale per un'entusiasmante nuova generazione di 'sensori viventi, ' che trasformerebbe completamente la nostra capacità di rilevare i nutrienti in eccesso nei corpi idrici in tempo reale. Questo è fondamentale per comprendere e mitigare le fioriture algali dannose e altri importanti problemi di qualità dell'acqua in tutto il mondo, " ha detto Rick Relyea, direttore del Progetto Jefferson.

Sawyer e Rees intendono continuare a esplorare come sviluppare in modo ottimale questo batterio per sfruttare le sue potenziali applicazioni ad ampio raggio.

"A volte riceviamo la domanda con la ricerca:perché i batteri? Oppure, perché portare la microbiologia nella scienza dei materiali?" ha detto Rees. "La biologia ha avuto una lunga serie di inventari di materiali attraverso tentativi ed errori. I compositi e le nuove strutture inventate dagli scienziati umani sono quasi una goccia nel mare rispetto a ciò che la biologia è stata in grado di fare".