(PhysOrg.com) -- Alcuni batteri sviluppano peli elettrici che consentono loro di collegarsi in grandi circuiti biologici, secondo un biofisico della University of Southern California e i suoi collaboratori.

La scoperta suggerisce che le colonie microbiche possono sopravvivere, comunicano e condividono l'energia in parte attraverso i capelli conduttori di elettricità noti come nanofili batterici.

"Questa è la prima misurazione del trasporto di elettroni lungo i nanofili biologici prodotti da batteri, " disse Mohamed El-Naggar, assistente professore di fisica e astronomia presso l'USC College of Letters, Arti e Scienze.

El-Naggar è stato l'autore principale di uno studio apparso online la prossima settimana in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.

Sapere come prosperano le comunità microbiche è il primo passo per trovare modi per distruggere le colonie dannose, come i biofilm sui denti. I biofilm si sono dimostrati altamente resistenti agli antibiotici.

La stessa conoscenza potrebbe aiutare a promuovere utili colonie, come quelli nelle celle a combustibile batteriche in fase di sviluppo presso la USC e altre istituzioni.

"Il flusso di elettroni in varie direzioni è intimamente legato allo stato metabolico delle diverse parti del biofilm, "Ha detto El-Naggar. "I nanofili batterici possono fornire i collegamenti necessari... per la sopravvivenza di un circuito microbico".

Un nanofilo batterico sembra un lungo capello che spunta dal corpo di un microbo. Come i capelli umani, è costituito principalmente da proteine.

Per testare la conduttività dei nanofili, i ricercatori hanno coltivato colture di Shewanella oneidensis MR-1, un microbo precedentemente scoperto dal coautore Kenneth Nealson, Wrigley Professor di Geobiologia presso l'USC College.

Shewanella tende a realizzare nanofili in tempi di scarsità. Manipolando le condizioni di crescita, i ricercatori hanno prodotto batteri con abbondanti nanofili.

I batteri sono stati quindi depositati su una superficie punteggiata da elettrodi microscopici. Quando un nanofilo è caduto su due elettrodi, ha chiuso il circuito, consentendo un flusso di corrente misurabile. La conduttività era simile a quella di un semiconduttore, modesta ma significativa.

Quando i ricercatori hanno tagliato il nanofilo, il flusso di corrente si è interrotto.

Precedenti studi hanno dimostrato che gli elettroni potrebbero muoversi attraverso un nanofilo, che non provava che i nanofili conducessero elettroni lungo la loro lunghezza.

Il gruppo di El-Naggar è il primo a realizzare questo esperimento tecnicamente difficile ma più eloquente.

L'elettricità trasportata su nanofili può essere un'ancora di salvezza. I batteri respirano perdendo elettroni a favore di un accettore - per Shewanella, un metallo come il ferro. (La respirazione è un caso speciale:gli esseri umani respirano cedendo elettroni all'ossigeno, uno dei più potenti accettori di elettroni.)

Nealson disse di Shewanella:"Se non gli dai un accettore di elettroni, muore. Muore abbastanza rapidamente".

In alcuni casi, un nanofilo può essere l'unico mezzo di un microbo per scaricare elettroni.

Quando un accettore di elettroni è scarso nelle vicinanze, i nanofili possono aiutare i batteri a sostenersi a vicenda ed estendere la loro portata collettiva a fonti lontane.

I ricercatori hanno notato che Shewanella si attacca agli accettori di elettroni così come gli uni agli altri, formando una colonia in cui ogni membro dovrebbe essere in grado di respirare attraverso una catena di nanofili.

"Questa sarebbe fondamentalmente una risposta comunitaria al trasferimento di elettroni, "Spiegò El-Naggar. "Sarebbe una forma di respirazione cooperativa".

El-Naggar e il suo team sono tra i pionieri di una disciplina giovane. Il termine "nanofilo batterico" è stato coniato nel 2006. Sono stati pubblicati meno di 10 studi sull'argomento, secondo il coautore Yuri Gorby del J. Craig Venter Institute di San Diego, scopritore di nanofili a Shewanella.

Gorby e altri si sono interessati ai nanofili quando hanno notato che la riduzione dei metalli sembrava verificarsi attorno ai filamenti. Poiché la riduzione richiede il trasferimento di elettroni a un metallo, i ricercatori sospettavano che i filamenti trasportassero una corrente.

I nanofili sono stati proposti anche come percorsi conduttivi in ​​diversi microbi diversi.

"L'ipotesi attuale è che i nanofili batterici siano infatti diffusi nel mondo microbico, " disse El-Naggar.

Alcuni hanno suggerito che i nanofili possono aiutare i batteri a comunicare e a respirare.

È noto che le colonie batteriche condividono le informazioni attraverso la lenta diffusione delle molecole di segnalazione. Nealson ha sostenuto che il trasporto di elettroni su nanofili sarebbe più veloce e preferibile per i batteri.

"Vuoi il telegrafo, non vuoi segnali di fumo, " Egli ha detto.

La strategia comune dei batteri per la sopravvivenza può contenere lezioni per le forme di vita superiori.

In un editoriale pubblicato su Wired nel 2009, Gorby ha scritto:"Comprendere le strategie per un'efficiente distribuzione e comunicazione dell'energia negli organismi più antichi del pianeta può servire come utili analogie di sostenibilità all'interno della nostra stessa specie".