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对电子接口与无机材料的微生物的第一步

Published on October 20, 2010 at 7:24 PM

“终结者”。博格。六百万美元的人。科幻是人造能力武装的生物生存的时机已经成熟。然而,在现实中,笨重的生物和非生物世界之间的连接往往缺乏一个明确的沟通渠道。

现在, 劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家已经设计了一个电气工程穿梭电子沿着一个明确的路径外部受体细胞的细胞膜上的活细胞。这种直接的渠道,可能会产生细胞,它可以读取和回应电子信号,电子能够自我复制和修复,或有效地传送太阳光转化为电能。

一个精心设计的大肠杆菌(黄色)附加固体氧化铁(黑)。科学家们在分子铸造走向电子接口与无机材料的微生物,而不破坏细胞活力的第一步。 (图片希瑟詹森)

“生物和非生物世界的融合是一个科幻小说中的规范的形象,说:”卡罗琳阿霍富兰克林,在分子铸造科学家在生物纳米结构设施。 “不过,在大多数界面的生物和非生物系统的尝试,你用锋利的硬物戳细胞,细胞在可预见的方式回应 - 他们死了。然而,在自然界许多生物已经进化到互动的岩石和矿物,其环境的一部分。在这里,我们采取了灵感来自大自然的方法,实际增长进出细胞的连接。“

跨细胞膜的哄骗电子是不平凡的的:试图拉一个电子从一个细胞可能会破坏其功能,或杀死整个过程中的细胞。更重要的是,目前的技术转移蜂窝电子外部源缺乏一个分子路线图,也就意味着即使电子不打开一个细胞外最多,有是没有办法到他们的行为直接,看到的地方,他们一路上停止,或发送信号反馈到细胞内部。

“我们在寻找一个途径,不会杀死我们正在研究生物系统感兴趣,詹森,在加州大学伯克利分校的论文工作是本出版物的一部分的研究生说:”希瑟。 “生活系统通过使用电子,我们可以一天创造的生物技术,可以修复和自我复制。”他们的做法,延森,阿霍富兰克林和第一只克隆的希瓦氏菌oneidensis外电子传递链的一部分同事致辞1,海洋和土壤中的细菌,能够减少在无氧环境中的重金属。这条链或“遗传录像带,”阿霍富兰克林注意到,本质上是一种舒展的DNA,包含电子导管的指示。此外,因为所有的生活,因为我们知道它使用的DNA,遗传卡带可插入任何生物体。的研究小组发现,这种天然的电子途径可以进入了大肠杆菌的一个通用的模式细菌(无害)在生物技术正是通道一个活细胞内电子无机矿物应变弹出:氧化铁,又称铁锈。

在没有氧气的环境,如希瓦氏菌,细菌,从他们的周围环境中使用的氧化铁呼吸。因此,这些细菌进化,发现在海中或土壤中无机矿物的直接电荷转移机制深。伯克利实验室的研究小组发现,他们设计的大肠杆菌可以有效地减少铁和氧化铁纳米粒子,后者5倍的速度仅比大肠杆菌。

“最近的这次突破是一个较大的能源项目部在细胞和分子水平上驯养生活的一部分。与生物体合成设备直接连接,我们可以利用广阔的生活能力,在照片和化学能转换,化学合成,自组装和维修,说:“周杰伦树丛,学系的科学家在伯克利实验室和化学教授在美国加州大学伯克利分校。 “细胞有先进的电子转移和电能的途径。然而,仅仅坚持到一个单元格一个电极是无效的,只要坚持你的手指插入电源插座,当你饿了。相反,我们的策略是基于上直接窃听到的分子的电子传递链细胞使用,可以有效地捕捉能源。“

研究人员计划实施这在光合细菌的遗传卡带,这些细菌细胞的电子可以从阳光提供便宜,自我复制的太阳能电池生产。这些金属还原菌也可以协助生产药品,阿霍富兰克林补充说,在药品生产中的发酵步骤需要能源密集型的氧气抽。相比之下,这些工程菌呼吸使用生锈,而不是氧气,节约能源。

一纸报告这项研究题为“一个在活细胞中合成的电子管道工程”,出现在国家科学院的诉讼和网上向用户提供。共同创作的纸与詹森,阿霍富兰克林和格罗夫斯亚伦阿尔伯斯,康斯坦丁马利,尤里Londer,布鲁斯科恩,布雷特赫尔姆斯和彼得Weigele。

这在分子铸造工作的部分由美国能源部科学办公室的支持。

Last Update: 4. October 2011 22:01

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