Un equipo, dirigido por Caroline Aju Franklin, científico biológico de la Universidad de Rice, ha descubierto que algunas bacterias respiran generando electricidad, utilizando un proceso natural que empuja los electrones a su entorno en lugar de respirar oxígeno. Resultados, aparecieron en Celúla El mes pasado, la energía limpia y la biotecnología industrial pueden permitir nuevos desarrollos.
Al identificar cómo estas bacterias eliminan los electrones externamente, los investigadores dan una idea de la estrategia oculta anterior de la vida bacteriana. Este trabajo, que integra organismos con electroquímicos, es la base de tecnologías futuras que utilizan las habilidades únicas de esta biología del microscopio.
“Nuestra investigación no solo resuelve un misterio científico desde hace mucho tiempo, sino que también apunta a una nueva estrategia de supervivencia en la naturaleza”, dijo el Director de Biología Artificial de Rice e Instituto de Prevención e Investigación del Cáncer de Texas (CPRI).
El aliento eléctrico especificado
La mayoría de los organismos modernos dependen del oxígeno para metabolizar los alimentos y liberar energía. El oxígeno actúa como el accesco de electrones final, que produce energía. Pero las bacterias, que son mucho más más antiguas que los organismos modernos como los humanos y las plantas, han desarrollado otras formas de respirar en el entorno privado de oxígeno, incluidos los límites marinos profundos e intestinos humanos.
Los investigadores encontraron que algunas bacterias usan compuestos encontrados naturalmente, llamados niphitcoon para que los electrones pudieran transmitirse a las superficies externas. Este proceso, conocido como respiración celular adicional, imita cómo las baterías eliminan la corriente actual de la electricidad, lo que permite que las bacterias florezcan sin oxígeno.
Los científicos han observado durante mucho tiempo esta respiración extraordinaria y la han usado como una caja negra en biotecnología. Ahora, el equipo liderado por el arroz ha expuesto su mecanismo, un progreso que muestra que la respiración extracelular puede ser mucho más común en la naturaleza que antes.
“Este método de aliento recientemente descubierto es una forma fácil e inteligente de llevar a cabo una nueva aliento”, dijo Bucky Bapi Kondo, estudiante de doctorado de arroz y primer autor del estudio. “Los nfthukones actúan como un servicio de mensajería molecular, sacan los electrones de la célula para romper el alimento de las bacterias y generar energía”.
Imitar la vida sin aire
Los investigadores de Rice contribuyeron con el Laboratorio de Paulon en la Universidad de California en San Diego para examinar sus resultados. Utilizando el modelado de computadora avanzado, estimaron el crecimiento de bacterias en un entorno vacío con oxígeno, pero es rico en niveles conductores.
La impresión ha revelado que las bacterias realmente pueden retenerse excluyendo electrones externamente. Más pruebas de laboratorio confirmaron que las bacterias colocadas en los materiales del conductor son generadas y generadas por electricidad, que respiran efectivamente a través de la superficie.
Este enfoque intercontinental profundizó la comprensión de la capacidad del metabolismo bacteriano y mostró un método de tiempo real para monitorear e influir en el comportamiento bacteriano electrónicamente.
Tecnología limpia y solicitudes más allá
Hay implicaciones prácticas de gran alcance de este descubrimiento básico. El manejo mejorado de los desequilibrios de electrones puede mejorar significativamente el proceso de biotecnología, como la limpieza de aguas residuales y la biotecnicación. Las bacterias eléctricas pueden arreglar estos desequilibrios para operar el sistema de manera efectiva.
“Nuestro trabajo es usar dióxido de carbono a través de la electricidad renovable, donde las fotos bacterianas actúan como plantas de luz solar en la photoshocitosis”, dijo Aju Franklin. “Abre la puerta para crear una tecnologías inteligentes y más sostenibles con la biología”.
Esta tecnología también puede habilitar sensores biodelectrónicos en un entorno de oxígeno, que ofrece nuevas herramientas para el diagnóstico médico, el monitoreo de la contaminación y el espacio profundo.
Los coautores del estudio incluyen a Janet Krishnan, Richard Cizubin, Arjun Patel, Bernard Paulson y Daniel Zelinski de UC San Diego. El CPRIT y la Fundación Novo Nordsesk brindaron apoyo financiero para este estudio.
