Baktéria ako vodič: Neviditeľný inžinier z bahna môže zmeniť budúcnosť bioelektroniky Na prvý pohľad vyzerá len ako ďalšia mikroskopická baktéria z pobrežného bahna. No Candidatus Electrothrix yaqonensis, novoobjavený druh baktérie z oregonskej zátoky Yaquina, v sebe ukrýva niečo, čo by bolo možné skôr očakávať v laboratóriách než v prírode – schopnosť viesť elektrický prúd podobne ako kovový drôt. Vedci hovoria, že práve tento drobný organizmus by mohol otvoriť dvere novým ekologickým technológiám a priniesť revolúciu v oblasti bioelektroniky.
Skrytý život káblových baktérií
Takzvané káblové baktérie sú fascinujúca skupina mikroorganizmov, ktoré žijú v sedimentoch bohatých na sírovodík. Bežne sa vyskytujú v pobrežných oblastiach, kde sa horné vrstvy sedimentu miešajú s kyslíkom, zatiaľ čo hlbšie vrstvy zostávajú bez neho. A práve v týchto zónach zohrávajú vláknité elektricky vodivé baktérie unikátnu úlohu – doslova spájajú tieto dve prostredia elektrickým vedením. Ich telo tvorí reťazec buniek prepojených do niekoľkocentimetrových vlákien, ktoré zdieľajú spoločnú vonkajšiu membránu. Táto biologická „káblová inštalácia“ umožňuje transport elektrónov zo spodných vrstiev, kde bunky oxidujú sírovodík, až k povrchu, kde elektróny reagujú s kyslíkom či dusičnanmi. V prírode ide o výnimočný príklad tzv. dlhodosahových redoxných reakcií, teda chemických procesov, ktoré sa zvyčajne odohrávajú len na mikroskopickej vzdialenosti.
Nový druh s nečakanými schopnosťami
Objav novej baktérie si na konto pripísal tím vedcov z Oregonskej štátnej univerzity a Univerzity v Antverpách. Analýzy DNA, mikroskopické pozorovania aj testy elektrickej vodivosti odhalili, že tento druh baktérie sa v mnohom líši od ostatných známych káblových baktérií.
Vedci si všimli, že štruktúra jeho vlákien má až trojnásobne hrubšie povrchové hrebene než iné druhy. Tie obsahujú veľmi vodivé vlákna, zložené z unikátneho proteínu viažuceho nikel, ktorý funguje ako efektívny biologický vodič. Takáto molekulárna architektúra nebola u baktérií dosiaľ pozorovaná. Ešte zaujímavejší je však obal, ktorý baktéria vytvára. Je ňou priehľadná vrstva, ktorá obaľuje celé vlákno, no sama elektrinu nevedie. Vedci predpokladajú, že tento obal chráni bunky pred nepriaznivými vplyvmi prostredia, napríklad pred kolísavou slanosťou alebo prítomnosťou toxických látok.
Zvláštna genetická mozaika
Z genetického hľadiska je Candidatus Electrothrix yaqonensis skutočný chameleón. Analýzy ukázali, že nesie znaky oboch doteraz známych rodov káblových baktérií – Candidatus Electrothrix, žijúci prevažne v slanej vode a Candidatus Electronema, zvládajúci sladké a mierne slané vodné prostredie. Vedci ho preto považujú za akýsi „evolučný prechodník“, ktorý by mohol pomôcť objasniť, ako sa tieto organizmy vyvíjali a adaptovali na rôzne prostredia.
Jeho adaptácia na brakickú vodu, teda zmes sladkej a morskej vody, je ďalším dôkazom výnimočnej flexibility. Namiesto tradičného enzýmu NQR využíva súbor proteínov zvaných sodíko-protónové výmenníky. Tieto umožňujú baktérii efektívne zvládať zmeny v slanosti, čo je v prostredí, kde žije, kľúčové.
Od mikróbov k bioelektronike
Možno to znie ako sci-fi, ale vedci už dnes rozmýšľajú, ako by sa podobné prírodné úkazy dali využiť v technológiách. Jednou z najsľubnejších oblastí je vývoj bioelektronických zariadení, napríklad biodegradovateľných senzorov, ktoré monitorujú znečistenie alebo kvalitu potravín, a potom sa jednoducho rozložia bez environmentálneho odpadu.
Rovnako zaujímavé sú možnosti použitia v ekologickom čistení. Baktérie ako táto totiž dokážu prenášať elektróny aj na toxické látky a tým ich zneškodniť. To by mohlo pomôcť napríklad pri čistení ťažkých kovov z priemyselných sedimentov alebo likvidácii organických znečisťujúcich látok.