Negli ultimi 10 anni, gli scienziati sono stati affascinati da un tipo di "batteri elettrici" che spara lunghi viticci come fili elettrici, usandoli per alimentarsi e trasferire elettricità a una varietà di superfici solide.

Oggi, un team guidato da scienziati della USC ha capovolto lo studio di questi nanofili batterici, scoprendo che le caratteristiche chiave in questione non sono pili, come si credeva in precedenza, ma piuttosto sono estensioni della membrana esterna del batterio dotate di proteine ​​che trasferiscono elettroni, chiamati "citocromi".

Gli scienziati avevano a lungo sospettato che i nanofili batterici fossero pili - latino per "capelli" - che sono caratteristiche simili a capelli comuni su altri batteri, consentendo loro di aderire alle superfici e persino di connettersi tra loro. Data la somiglianza di forma, era facile credere che i nanofili fossero pili. Ma Moh El-Naggar, professore assistente presso l'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze, dice che era sempre attento a evitare di dire che sapeva per certo che erano quello che erano.

"L'idea pili era l'ipotesi più forte, ma siamo sempre stati cauti perché la composizione e la struttura esatte erano molto sfuggenti. Quindi abbiamo risolto le sfide sperimentali e i dati concreti ci hanno portato in una direzione completamente diversa. Non sono mai stato più felice di aver sbagliato. In molti modi, si è rivelato essere un modo ancora più intelligente per i batteri di alimentarsi, " disse El-Naggar, autore corrispondente dello studio, che è stato nominato ricercatore di Popular Science Brilliant 10 nel 2012 per il suo lavoro pionieristico con i nanofili batterici.

Questo ultimo studio sarà pubblicato online dal Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze il 18 agosto.

Gli scienziati della USC hanno collaborato con i colleghi della Penn State, l'Università del Wisconsin-Milwaukee, Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale, e Rensselaer Polytechnic Institute sulla ricerca.

Il primo indizio è venuto dal rintracciare i geni dei batteri. Durante la formazione dei nanofili, gli scienziati hanno notato un aumento dell'espressione dei geni di trasporto degli elettroni, ma nessun aumento corrispondente nell'espressione dei geni pilin.

Sfidato da questa prova di ciò che i nanofili non erano, la squadra doveva poi capire cosa fossero realmente. El-Naggar attribuisce a Sahand Pirbadian, Studente laureato USC, con l'ideazione di una strategia ingegnosa ma semplice per fare la scoperta.

Privando i batteri di ossigeno, i ricercatori sono stati in grado di costringere i batteri ad allungare i loro nanofili a comando, permettendo di osservare il processo in tempo reale. E colorando la membrana batterica, periplasma, citoplasma, e proteine ​​specifiche, i ricercatori sono stati in grado di riprendere video dei nanofili che si estendevano, confermando che erano basati su una membrana, e non pili affatto.

Il processo non è così semplice come sembra. La generazione di video dei nanofili che si estendono richiedeva nuovi metodi per etichettare contemporaneamente più caratteristiche, mantieni la fotocamera focalizzata sui batteri che si dimenano, e combinare le tecniche ottiche con la microscopia a forza atomica per ottenere una risoluzione più elevata.

"Ci è voluto circa un anno solo per sviluppare il set-up sperimentale e capire le giuste condizioni per i batteri per produrre nanofili, " Ha detto Pirbadian. "Abbiamo dovuto tornare indietro e riesaminare alcuni vecchi esperimenti e ripensare a ciò che sapevamo sull'organismo. Una volta che siamo stati in grado di indurre la crescita dei nanofili, abbiamo iniziato ad analizzare la loro composizione e struttura, che ha richiesto un altro anno di lavoro. Ma ne è valsa la pena perché il risultato è stato molto sorprendente, ma con il senno di poi aveva molto senso".

Comprendere il modo in cui funzionano questi batteri elettrici ha applicazioni ben oltre il laboratorio. Tali creature hanno il potenziale per affrontare alcune delle grandi domande sulla natura della vita stessa, compresi i tipi di forme di vita che potremmo trovare in ambienti estremi, come lo spazio. Inoltre, questa ricerca ha il potenziale per informare la creazione di vita, circuiti microbici – che costituiscono la base di dispositivi elettronici ibridi biologico-sintetici.

Questa ricerca è stata finanziata presso l'USC dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica e resa possibile dalle strutture dei Centri di eccellenza USC in NanoBioPhysics e Microsopia elettronica e microanalisi.