Geobacter – mikrob tvořící sítě elektrovodičů

Vědci z University of Massachusetts objevili nepatrné biologické struktury, které jsou vodivé pro elektrický proud. Bakterie s jejich pomocí čistí odpadní vody a produkují elektrický proud z obnovitelných zdrojů. Očekává se, že poznatek bude možno uplatnit také v oblasti nanotechnologií při výrobě materiálů a zařízení extrémně malých rozměrů.

Týmu vedenému mikrobiologem jménem Derek R. Lovley, se podařilo objevit vodivé struktury, které vytváří mikroorganismus Geobacter. Informaci zveřejnilo mateřské pracoviště výzkumníků – University Of Massachusetts. Praví se v něm, že odhalené nanovodiče jsou neuvěřitelně tenké, měří pouhých 3 – 5 nanometrů v průměru. Jsou to tedy útvary, které jsou 20 000 krát tenčí než náš vlas. Vlákna jsou velmi odolná, poněvadž jejich délka je tisíckrát větší, nežli je jejich šířka.

Tak dlouhá a tenká vodivá vlákna jsou v přírodě bezprecedentní a zcela mění naši představu o tom, čím mikroorganismy vedou elektrický proud. Zdá se pravděpodobné, že struktury podobné bakteriálním nanovodičům by mohly být vzorem při vývoji extrémně malých elektropřístrojů.

„Mikrobiální svět nás nikdy nepřestane udivovat,“ vyjádřil se Dr. Aristides Patrinos z amerického Úřadu pro energetiku, který výzkum mikroorganismu Geobakter, na kterém byl objev učiněn, financoval. „Pozoruhodný a neočekávaný objev mikrobiálních struktur, sestávajících z přediva proud vodících vlákének, umožňuje komunitě mikrobů v kontaminovaných odpadech tvořit mini rozvodné sítě, které by se mohly stát základem v užití mikrobů při ozdravování skládek nebezpečného odpadu. Nové struktury by se mohly stát součástí senzorů využitelných v oblasti detekce znečišťujících látek. Nový poznatek dokládá,jak jsou dnes propojeny fyzikální a biologické vědy.“

Mikroorganismus Geobacter je nyní předmětem intensivního výzkumu nejen proto, že se jedná o zprostředkovatele biologického čištění spodních vod od splašků, ale že dokáže vodu zbavit i radioaktivních kovů. Další přednost Geobacteru je, že umí lidské a zvířecí exkrementy přeměnit na elektrický proud.

Jak to dělá?

Tenká vodivá vlákna (označena červenými šipkami) fungují Geobacteru jako uzemnění umožňující odvod přebytečných elektronů. (foto:Gemma Reguera)

Geobacter vytváří tenké vlasovité struktury, tvoří se na jedné straně buňky. Zpočátku se začalo spekulovat, že by tato vlákna mohla být miniaturními vodiči, které Geobacteru umožňují jedinečnou schopnost – přenos elektronů ven z buňky a jejich převedení na kov a elektrody. Domněnku o funkci těchto vláken potvrdila mikrobioložka Gemma Ruegera, která zkoumala vlákna v elektronovém mikroskopu. Další důkaz o funkci mikrovláken vědci získali, když mikroba geneticky modifikovali tak, aby netvořil vláknité výběžky. Jakmile byl Geobacter holý, ztratil schopnost zbavovat se elektronů. Jeho uzemňovací systém přestal pracovat a s tím se vytratily i jeho čistící schopnosti.

Pokusy s modifikovaným mikroorganismem pomáhají pochopit jak Geobacter může žít v podmínkách chudých na kyslík a přitom provádět likvidaci organických a kovových škodlivin. Geobacter může v takovém anaerobním prostředí žít, protože má schopnost zbavit se přebytečných elektronů, převádí je z buňky na minerály obsahující kov. Bakterie s tím nemá problém, protože minerály s obsahem kovů jsou přirozenou součástí většiny půd. Dokud vědci neobjevili mikroskopické „vodivé ochlupení“ této bakterie, fyzikální mechanismus její činnosti byl záhadou.

Odborníci již spřádají plány, jak začnou nových poznatků využívat. Ultra jemná vlákénka, označovaná také jako nanovodiče, by se mohla stát prostředkem miniaturizace elektronických přístrojů. Výroba nanovodičů z tradičních materiálů, jako jsou kovy nebo uhlík, je obtížná a nákladná. Kultivace bilionů Geobacterů v laboratoři s možností „sklidit“ nanovodiče by prakticky byla „za babku“. Nehledě na to, že cílenou úpravou DNA sekvencí Geobacteru bude možné produkovat nanovodiče různých vlastností a funkcí.

Geobacter byl objeven v roce 1987 v bahnitém dně řeky Ptomac ve Washington D.C. Jeho výzkum je nyní podporován jak vládními, tak privátními subjekty. Nepatrný organismus, který je široce rozšířen v půdě a vodních sedimentech, ukázal slibnou cestu jak čistit odpadní toky. Geobacter již byl použit při odstraňování kontaminace nafty ze spodních vod a odpadních vod vytékajících ze skládek odpadu, stejně jako k odstranění uranu z kontaminovaných spodních vod na mnoha lokalitách spadajících pod americký energetický průmysl. V budoucnu by jím tvořené mikrovodiče mohly přispět ke vzniku generátorů energie z obnovitelných zdrojů.

Pramen: University Of Massachusetts Amherst

Převzato: http://www.osel.cz/