I microbiologi dell'Università del Massachusetts Amherst riferiscono di aver scoperto un nuovo tipo di filo naturale prodotto da batteri che potrebbe accelerare notevolmente l'obiettivo dei ricercatori di sviluppare materiali conduttori "verdi" sostenibili per l'industria elettronica. Lo studio di Derek Lovley e colleghi appare questa settimana in mBio , la più importante rivista dell'American Society of Microbiology.

I ricercatori hanno studiato nanofili microbici, filamenti proteici che i batteri usano naturalmente per stabilire connessioni elettriche con altri microbi o minerali.

Come spiega Loveley, "I nanofili microbici sono un materiale elettronico rivoluzionario con vantaggi sostanziali rispetto ai materiali artificiali. La sintesi chimica dei nanofili in laboratorio richiede sostanze chimiche tossiche, alte temperature e/o metalli costosi. Il fabbisogno energetico è enorme. Al contrario, i nanofili microbici naturali possono essere prodotti in serie a temperatura ambiente da materie prime rinnovabili poco costose in bioreattori con input energetici molto più bassi. E il prodotto finale è privo di componenti tossici".

"I nanofili microbici offrono quindi un potenziale senza precedenti per lo sviluppo di nuovi materiali, dispositivi elettronici e sensori per diverse applicazioni con una nuova tecnologia rispettosa dell'ambiente, " aggiunge. "Questo è un importante progresso nella tecnologia dei nanofili microbici. L'approccio che descriviamo in questo documento dimostra un metodo rapido per la prospezione in natura per trovare materiali elettronici migliori".

Finora il laboratorio di Lovely ha lavorato con i nanofili di un solo batterio, Geobacter sulfurreducens . "I nostri primi studi si sono concentrati su quello Geobatteri perché stavamo solo cercando di capire perché un microbo farebbe dei fili minuscoli, " Dice Lovley. "Ora siamo più interessati ai nanofili come materiale elettronico e vorremmo capire meglio l'intera portata di ciò che la natura può offrire per queste applicazioni pratiche".

Quando il suo laboratorio ha iniziato a guardare i filamenti proteici di altri... Geobatteri specie, sono stati sorpresi di trovare una vasta gamma di conduttività. Per esempio, una specie recuperata da terreno contaminato da uranio ha prodotto filamenti scarsamente conduttivi. Però, un'altra specie, Geobacter metallireducens - guarda caso il primo Geobatteri mai isolato - nanofili prodotti 5, 000 volte più conduttivo del G. sulfurreducens fili. Loveley ricorda, "Ho isolato metallireducens dal fango del fiume Potomac 30 anni fa, e ogni due anni ci regala una nuova sorpresa".

Nel loro nuovo studio sostenuto dall'Ufficio per la ricerca navale degli Stati Uniti, non hanno studiato G. metallireducens sforzare direttamente. Anziché, hanno preso il gene per la proteina che si assembla in nanofili microbici e l'hanno inserito in G. sulfurreducens . Il risultato è un geneticamente modificato G. sulfurreducens che esprime la G. metallireducens proteina, rendendo i nanofili molto più conduttivi di G. sulfurreducens produrrebbe naturalmente.

Ulteriore, Loveley dice, "Abbiamo scoperto che G. sulfurreducens esprimeranno i geni dei filamenti di molti diversi tipi di batteri. Ciò semplifica la produzione di una varietà di filamenti nello stesso microrganismo e lo studio delle loro proprietà in condizioni simili".

"Con questo approccio, stiamo esplorando il mondo microbico per vedere cosa c'è là fuori in termini di materiali conduttivi utili, " aggiunge. "C'è un vasto serbatoio di geni di filamenti nel mondo microbico e ora possiamo studiare i filamenti prodotti da quei geni anche se il gene proviene da un microbo che non è mai stato coltivato".

I ricercatori attribuiscono G. metallireducens conducibilità straordinariamente elevata dei nanofili alla sua maggiore abbondanza di amminoacidi aromatici. Gli anelli aromatici ravvicinati sembrano essere un componente chiave della conduttività microbica dei nanofili, e anelli più aromatici probabilmente significano migliori connessioni per il trasferimento di elettroni lungo i filamenti proteici.

L'elevata conducibilità del G. metallireducens i nanofili suggeriscono che potrebbero essere un materiale attraente per la costruzione di materiali conduttivi, dispositivi elettronici e sensori per applicazioni mediche o ambientali. Gli autori affermano che scoprire di più sui meccanismi della conduttività dei nanofili "fornisce importanti informazioni su come potremmo realizzare cavi ancora migliori con i geni che progettiamo noi stessi".