Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Yale Üniversitesi’nden bilim insanları yaptıkları yeni bir araştırmada biyofilm bakterilerinde elektronik aktiviteyi teşvik etmekte ışığın şaşırtıcı bir desteği olduğunu buldular. Bakteriler tarafından üretilen nanotelleri ışığa maruz bırakmanın elektriksel iletkenlikte 100 kata kadar bir artış sağladığı keşfedildi.

Işığa maruz kalan nanotellerdeki dramatik akım artışları, saatlerce devam eden kararlı ve sağlam bir fotoakım gösteriyor. Araştırmacılar bu gizli elektrik akımını çeşitli amaçlarla kullanmanın yollarını ararken sonuçlar yeni anlayışlar sağlayabilir. Örneğin, biyolojik açıdan tehlikeli atıkların ortadan kaldırılması için yeni yollar veya şu an kullandıklarımızdan farklı olarak yenilenebilir yakıt oluşturulması açısından kullanılabilir.

Neredeyse tüm canlılar besinleri enerjiye dönüştürürken fazla elektronları ortadan kaldırmak için oksijen solumaktadır. Öte yandan okyanusların derinliklerinde yaşayan veya yeraltına gömülü toprak bakterilerinin oksijene erişimi yoktur. Bu canlılar milyarlarca yıldan fazla bir süredir, tıpkı şnorkelle yüzmek gibi, "mineralleri soluyarak" nanoteller adı verilen küçük protein filamentleri aracılığıyla solunum yapmanın bir yolunu geliştirdiler.

İşte bu bakteriler ışığa maruz bırakıldıklarında, elektrik akımındaki artış bilim insanlarını şaşırttı, çünkü test edilen bakterilerin çoğu toprağın derinliklerinde, ışığın erişemeyeceği yerlerde yaşıyor. Önceki çalışmalar, nanotel üreten bakterilerin ışığa maruz kaldığında daha hızlı büyüdüğünü de göstermişti, fakat bunun nasıl olduğunu kimse tam anlamıyla bilmiyordu.

Araştırma ekibi, sitokrom OmcS olarak bilinen ve bakteriyel nanotelleri oluşturan metal içeren bir proteinin doğal bir foto iletken görevi gördüğü sonucuna vardı: Biyofilmler ışığa maruz kaldığında nanoteller elektron transferini büyük ölçüde kolaylaştırıyor. İşte bu tamamen farklı bir fotosentez şekli. Burada ışık, nanoteller arasındaki hızlı elektron transferi nedeniyle bakteriler tarafından nefes almayı hızlandırıyor.

Araştırmacılar şimdi bakteriyel elektriksel iletkenliğe ilişkin bu iç görünün optoelektronikte büyümeyi teşvik etmek için nasıl kullanılabileceğini araştırıyor. Bilim insanları, küresel iklim değişikliğine önemli bir katkıda bulunduğu bilinen bir sera gazı olan metanı yakalamak için bu teknolojiyi kullanmak istiyor.

Makale: “Microbial biofilms as living photoconductors due to ultrafast electron transfer in cytochrome OmcS nanowires” by Jens Neu, Catharine C. Shipps, Matthew J. Guberman-Pfeffer, Cong Shen, Vishok Srikanth, Jacob A. Spies, Nathan D. Kirchhofer, Sibel Ebru Yalcin, Gary W. Brudvig, Victor S. Batista and Nikhil S. Malvankar, 7 September 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-32659-5