深處，十幾歲細菌“呼氣”電力通過長而瘦的浮潛，現在，科學家們發現瞭如何切換這些微生物的電氣呼吸。
這些奇異的細菌依賴兩種蛋白質，這些蛋白質結合在單個頭髮的結構中，稱為pilus。自然。這些pili中的許多位於細菌膜下方，並有助於將浮潛推出細胞並進入周圍環境，從而使微生物呼吸。
這一發現不僅揭示了該細菌生物學的意外，而且還可以為新技術鋪平道路，從強大的微生物動力電池到細菌感染的新醫療治療，高級作者Nikhil Malvankar，耶魯大學的Microbobial Sciences Institute的分子生物物理學和生物化學助理教授Nikhil Malvankar。
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細菌屬於該屬地球分子並且可以在世界各地找到，在完全沒有的土壤中深處氧。人類依靠氧氣將食物轉化為可用的能量並澆灌電子這個代謝過程剩下的。馬爾萬卡說，如果剩餘的電子積累，它們會很快對人體有毒。
就像人類一樣地球分子微生物在代謝過程中產生廢物電子，但是它們無法像我們一樣使用氧氣。因此，為了擺脫多餘的電子，細菌本身以薄的導電絲（稱為納米線）塗上，可以將電子從微生物中駛出微生物，以及環境中的其他細菌或礦物質，例如鐵氧化物。
這些薄的納米線比人頭髮的寬度小100,000倍，並且可以在巨大的距離上運輸電子，數百至數千倍的原始微生物的身體長度，現場科學先前報導。
馬爾萬卡說：“我無法呼吸氧氣，就像100米（328英尺）距離我。” “而且，這些細菌以某種方式使用這些納米線，例如浮潛的大小100倍，以便它們可以在如此長的距離上保持呼吸。”這個令人印象深刻的壯舉產生了電流當電子不斷流過冗長的納米線。
但是，儘管科學家在2000年代初發現了這些納米線，但Malvankar和他的同事們最近才發現了細胞浮潛的實際製造。最初，科學家認為納米線是菌毛。這個概念似乎得到了以下事實的支持：如果您從地球分子Malvankar說，細菌，納米線不再出現在其表面上。
但是存在一個問題：pili蛋白不含導電的任何金屬，例如鐵。 Malvankar和他的團隊在2019年的一項研究中調查了這一難題，該研究發表在《期刊》上細胞，在此期間地球分子細菌使用冷凍電子顯微鏡（Cryo-Em），一種技術，涉及通過物質閃爍電子束以獲取其組分分子的快照。
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馬爾萬卡說：“那是我們意識到細菌表面上沒有菌毛的時候。” “這是一個很大的驚喜。”相反，團隊發現納米線是由蛋白質稱為細胞色素，很容易將電子向下傳遞長度，因此使納米線比pili更好。在2020年的一項研究中，發表在《期刊》上自然化學生物學該小組報告說，這些基於細胞色素的納米線有多種“風味”，它們具有不同效率水平的電力。
但是，即使團隊透露了納米線化學構成的化學構成，pili蛋白仍會在其生化評估中出現地球分子細菌。如果Pili沒有進行電力，“真正的問題是，這些Pili到底是什麼？它們在哪裡？”馬爾萬卡說。
在他們的最新自然研究中，該團隊首先刪除實驗室成長的納米線的基因，從而更加仔細地研究了這些pili的結構地理桿菌硫劑。 pili通常會被納米線阻塞，因此，如果沒有那些結構，則會從細胞表面發出類似頭髮的突起。這使團隊有機會使用Cryo-Em檢查pili，這揭示了每個頭髮中的兩種不同的蛋白質 - pila-n和pila-c。
該團隊還進行了測試，以了解pili的電力效果，並發現“它們的電子速度比Omcz慢20,000倍”，這是構成最高導電性最高的細胞色素蛋白地球分子納米線，馬爾萬卡說； “他們並不是真正動搖電子的。”
也就是說，pili看上去可能會發揮不同的功能，團隊注意到。在其他細菌物種中，一些菌毛位於細胞膜下方，像小活塞一樣移動。這種運動使他們可以將蛋白質推向膜，然後向上和從細胞上移出。例如，細菌Vibrio霍亂，這會導致腹瀉病霍亂，使用這種菌毛分泌霍亂毒素。自然結構和分子生物學。在一系列實驗中，團隊確定地球分子履行類似的作用，因為它們有助於通過微生物膜推納米線。
Malvankar說：“我們發現，當活塞蛋白不存在時，細胞色素被卡在細菌中。” “當我們將基因放回原處時，細胞色素能夠從細菌中脫出。”團隊總結說，這是細菌的開關開關。
展望未來，研究人員計劃研究其他類型的細菌構建納米線，並用它們呼吸電。他們也有興趣探索研究的實際應用。
研究人員已經使用過地球分子十多年來為小型電子設備供電的殖民地，但是到目前為止，這些細菌電池只能產生少量的電力，現場科學先前報導。在過去的研究中，Malvankar和他的團隊發現，在電場的影響下，可以使殖民地更具導電性，這可以幫助增強這些設備的力量。現在，新的研究可以通過允許他們打開或關閉電力來為科學家提供另一種控製程度。
Malvankar說，這項研究還可能在醫學上，尤其是在細菌感染治療中的應用。例如，沙門氏菌設法使腸道中的有益細菌超過了有益細菌，因為它可以從發酵中切換而成，該發酵會緩慢產生不需要氧氣的呼吸，從而迅速產生能量，通常需要氧氣，通常需要氧氣現場科學先前報導。在腸的低氧環境中，沙門氏菌使用稱為四硫酸鹽的化合物作為氧氣的替代品，從而勝過體內的有益細菌。
但是，如果這些有用的細菌可以伸直呢？從理論上講，如果您為細菌配備了納米線並將其引入腸道，這是一種益生菌治療，它們可能會超過諸如沙門氏菌Malvankar說。 Malvankar和他的同事正在研究這種潛在的治療過程，但工作仍處於早期階段。
最初發表在現場科學上。
