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更多的细菌具有导电细丝

2019-05-10 10:09:25 • 来源：

由马萨诸塞州阿默斯特大学的Derek Lovley领导的微生物学家，在国际上因发现Geobacter细菌中的导电微丝或“纳米线”而闻名，他们在本月的一篇新论文中宣布，他们已经在许多其他物种中发现了意想不到的结构，大大拓宽了导电细丝的研究领域。细节在网上出现在国际微生物生态学会杂志上。

更多的细菌具有导电细丝

Lovley在30年前发表了他的第一篇描述Geobacter的论文，他解释说，“Geobacter已经用一种非常短的基本亚基进化了这种特殊的细丝，称为菌毛，组装成长链，类似扭曲的绳索。大多数细菌有一个基本的亚基，导电菌毛或电子菌毛最近是Geobacter的一个进化事件，所以工作假设是这种能力只能在它的近亲身上找到。“

他补充道，“这对我们来说是令人惊讶的，我想许多人会惊讶地发现，微生物需要短纤维亚基生产电子菌的概念是错误的。我们发现一些更大的菌毛也可以产生e-pili和表达电子菌的能力在多种微生物群的演变过程中独立出现多次。“他和合着者补充说，“电子菌毛可以在碳和金属的生物地球化学循环中发挥重要作用，并有潜在的应用作为'绿色'电子材料。”

Lovley说：“这是一个伟大的发展，因为现在这个领域将会扩大。微生物学家现在知道他们可以与其他微生物一起研究导电细丝。我们发现了一系列具有此功能的微生物。我们有一件有趣的事情。已经可以报告的是，我们发现的一些新细菌的细丝直径达到10纳米.Geobacter的细丝非常薄，直径只有3纳米。对于像纳米线传感器这样的电子设备的构建，操作起来要容易得多。更粗的电线。通过更粗的电线来阐明导电性的结构特征也更为直接，因为它更容易解决它们的结构。

他希望发现额外的导电蛋白纳米线将有助于电子制造领域急需的“绿色”可持续革命。“我们目前使用大量能源和稀有资源生产电子产品，然后将它们扔到海外有毒废物堆中的系统是不可持续的，”Lovley说。他指出，用微生物生产电子生物材料可以在没有刺激性化学品的情况下实现，并且需要更低的能量投入。“微生物吃得便宜。就Geobacter而言，我们基本上都是用醋喂它们。”

Lovley及其同事报告说，“产生高电流密度的G. sulfurreducens菌株，只有e-pili可能才能获得，这些菌株来自Flexistipes sinusarabici，Calditerrivibrio nitroreducens和Desulfurivibrio alkaliphilus的菌毛基因。这些菌株的菌毛传导率与土生土长的G. sulfurreducens e-pili。“

近年来，UMass Amherst微生物学家和与Geobacter物种合作的物理学家根据菌毛蛋白亚基中芳香族氨基酸的存在，开发了一种假设，即其e-pili如何能够传导电流。他们利用这一特征 - 高密度的芳香族氨基酸和沿着菌毛链缺乏大量无芳香的空隙 - 从其他微生物中选择候选菌毛基因，包括许多难以培养的微生物。

使用这种技术“揭示了基于生物学的电子材料的新来源，并表明微生物的广泛系统发育多样性可能使用电子菌毛进行细胞外电子交换，”他们报告说。为了测试和验证他们的生物筛选结果，他们从Geobacter中取出天然菌毛蛋白基因并用Calditerrivibrio基因取代它们，然后将这种转基因生物放入微生物燃料电池中，看它是否会产生电流。Lovley说，在某些情况下，他们确实如此。

Lovley在美国地质调查局聘请Geobacter时，在波托马克河进行了第一个水质微生物学项目，特别是了解哪些微生物正在影响河流沉积物中磷酸盐的藻类大量繁殖。他回忆说，“大多数科学家，包括微生物学家，都认为化学反应是造成泥浆中铁转化的原因，这种铁会将相关磷酸盐作为污染释放到水中。但是，当我们进一步研究这种情况时，很明显是微生物参与其中。这导致我们发现了Geobacter。“

多年来，Geobacter的其他独特功能在生物地球化学，生物修复和可再生能源领域产生了许多“微生物学第一”。Lovley说：“现在，Geobacter已将我们吸引到电子产品中。我很高兴地发现这些来自其他细菌的新型导电蛋白纳米线在生物医学传感器等应用中的效果是否比Geobacter线更好。我们所描述的简单筛选方法论文正在确定多种微生物中导电线的基因，这些微生物可能依赖于电信号传导来实现生物医学和环境意义的独特功能。“

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