Primeira Etapa Para Micróbios Electronicamente de Conexão com Materiais Inorgánicos

Published on October 20, 2010 at 7:24 PM

O Terminal. O Borg. Os Seis Milhão Homens do Dólar. A Ficção científica é madura com os seres biológicos armados com as capacidades artificiais. Na realidade, contudo, as conexões metálicos entre mundos de vida e devida faltam frequentemente um canal claro para uma comunicação.

Agora, os cientistas com o Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley (Laboratório de Berkeley) projectaram uma relação elétrica às pilhas vivas projetadas para shuttle elétrons através de uma membrana de pilha a um autómato externo ao longo de um trajecto bem definido. Este canal directo poderia render as pilhas que podem ler e responder aos sinais eletrônicos, à eletrônica capaz da auto-réplica e ao reparo, ou transfere eficientemente a luz solar na electricidade.

Uma tensão projetada de Escherichia Coli (amarela) que anexa ao óxido de ferro contínuo (preto). Os Cientistas na Fundição Molecular tomaram a primeira etapa para micróbios electronicamente de conexão com materiais inorgánicos, sem viabilidade de interrupção da pilha. (Cortesia de Imagem da Urze Jensen)

“Melding a vida e os mundos devida é uma imagem canônica na ficção científica,” disse Caroline Ajo-Franklin, um cientista do pessoal na Facilidade Biológica de Nanostructures na Fundição Molecular. “Contudo, na maioria de tentativas de conectar sistemas vivos e não-vivendo, você pica pilhas com um objeto duro afiado, e as pilhas respondem em uma maneira predizível - morrem. Contudo, na Natureza muitos organismos evoluíram para interagir com as rochas e os minerais que são parte de seu ambiente. Aqui, nós tomamos a inspiração da aproximação da Natureza e crescemos realmente as conexões fora da pilha.”

Persuadir elétrons através de uma membrana celular não é trivial: as tentativas de puxar um elétron de uma pilha podem interromper sua função, ou mate a pilha inteira no processo. O Que é mais, as técnicas actuais para transferir elétrons celulares a uma falta da fonte externo um mapa rodoviário molecular, que signifique mesmo se os elétrons giram acima fora de uma pilha, lá não são nenhuma maneira de dirigir seu comportamento, consideram onde pararam ao longo do caminho, ou enviam um sinal de volta ao interior da pilha.

“Nós estávamos interessados em encontrar um caminho que não matasse os sistemas que vivos nós estudávamos,” dissemos a Urze Jensen, um aluno diplomado no University Of California, Berkeley cujo o trabalho da tese é parte desta publicação. “Usando um sistema vivo na eletrônica, nós podemos um dia criar as biotecnologias que podem reparar e auto-replicate.” Em sua aproximação, Jensen, Ajo-Franklin e os colegas clonaram primeiramente uma parte da corrente extracelular de transferência do elétron das bactérias do oneidensis MR-1, do fuzileiro naval e do solo de Shewanella capazes de reduzir metais pesados em ambientes oxigênio-livres. Esta corrente ou “gaveta genética,” Ajo-Franklin notam, são essencialmente um estiramento do ADN que contem as instruções para fazer a canalização do elétron. Adicionalmente, porque toda a vida como nós o conhecemos usa o ADN, a gaveta genética pode ser obstruída em todo o organismo. A equipe mostrou que este caminho natural do elétron poderia ser estalado na tensão (inofensiva) da das bactérias modelo versáteis do E. coli-um na biotecnologia para canalizar precisamente elétrons dentro de uma pilha viva a um mineral inorgánico: óxido de ferro, igualmente conhecido como a oxidação.

Bactérias nos ambientes sem oxigênio, tal como Shewanella, óxido de ferro do uso de seus arredores a respirar. Em conseqüência, estas bactérias evoluíram mecanismos para transferência de carga directa aos minerais inorgánicos encontrados profundos no mar ou no solo. Os Laboratórios de Berkeley team mostraram que seu Escherichia Coli projetado poderia eficientemente reduzir últimos do nanoparticles-the do ferro e do óxido de ferro cinco vezes mais rapidamente do que Escherichia Coli apenas.

“Esta descoberta recente é parte de um Ministério maior do projecto da Energia em domesticar a vida a nível celular e molecular. Directamente conectando dispositivos sintéticos com os organismos de vida, nós podemos aproveitar as capacidades vastas da vida na foto e conversão de energia química, síntese química, e auto-conjunto e reparo,” disse Bosques do Gaio, um cientista da faculdade em Laboratórios de Berkeley e o professor da química no University Of California, Berkeley. As “Pilhas sofisticaram maneiras de transferir elétrons e a energia elétrica. Contudo, apenas colar um eléctrodo em uma pilha é aproximadamente tão ineficaz quanto colando seu dedo em uma tomada elétrica quando você está com fome. Em Lugar De, nossa estratégia é baseada na batida directamente na corrente de transporte molecular do elétron usada por pilhas para capturar eficientemente a energia.”

Os pesquisadores planeiam executar esta gaveta genética nas bactérias fotossintéticas, como os elétrons celulares destas bactérias podem ser produzidos do luz solar-fornecimento barato, auto-replicating baterias solares. Estas bactérias dediminuição poderiam igualmente ajudar em produzir drogas farmacêuticas, Ajo-Franklin adicionam, como a etapa da fermentação na fabricação da droga exige o bombeamento energia-intensivo do oxigênio. Ao contrário, estas bactérias projetadas respiram usando a oxidação, um pouco do que o oxigênio, salvar a energia.

Um relatório de papel esta pesquisa intitulada, “Engenharia de uma canalização sintética do elétron em pilhas vivas,” parece nas Continuações da Academia Nacional das Ciências e está disponível aos subscritores em linha. Co-Sendo o autor do papel com Jensen, Ajo-Franklin e os Bosques eram Aaron Albers, Konstantin Malley, Yuri Londer, Bruce Cohen, Lemes de Brett e Peter Weigele.

As Parcelas desta trabalho na Fundição Molecular foram apoiadas pelo Escritório da GAMA da Ciência.

Last Update: 12. January 2012 10:18

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