Το νέο βακτήριο που λειτουργεί όπως ένα ηλεκτρικό καλώδιο, ανακαλύφθηκε πρόσφατα σε μια λασπώδη έκταση στις ακτές του Όρεγκον και παρουσιάστηκε στο Applied and Environmental Microbiology. Το είδος εντοπίστηκε σε δείγματα ιζημάτων μεταξύ των παλιρροιών στις εκβολές του κόλπου Yaquina και ονομάστηκε Candidatus Electrothrix yaqonensis προς τιμήν της φυλής Yaquina των ιθαγενών Αμερικανών, που κάποτε ζούσαν σε αυτόν τον κόλπο και γύρω από αυτόν. Σήμερα, οι απόγονοι της Yaquina αποτελούν μέρος των Ινδιάνων Siletz, με τους οποίους οι ερευνητές συνεργάστηκαν για να βρουν ένα όνομα για το νέο είδος.
Αυτό το είδος είναι ένας τύπος βακτηρίων-αγωγών δηλαδή μικροοργανισμών σε σχήμα ράβδου που συνδέονται μεταξύ τους με κοινή εξωτερική μεμβράνη για να δημιουργήσουν νημάτια μήκους αρκετών εκατοστών.
Τα βακτήρια-καλώδια βρίσκονται σε θαλάσσια και γλυκού νερού ιζήματα και είναι ηλεκτρικά αγώγιμα, πράγμα ασυνήθιστο μεταξύ των βακτηρίων. Αυτό οφείλεται στον ειδικό μεταβολισμό τους, στον οποίο τα ηλεκτρόνια που παράγονται από την οξείδωση σουλφιδίων στα βαθύτερα στρώματά τους αποστέλλονται στην επιφάνειά τους όπου συλλαμβάνονται από οξυγόνο και νιτρικό οξύ. Η ηλεκτρική τους αγωγιμότητα είναι μια προσαρμογή που βελτιστοποιεί τις μεταβολικές τους διεργασίες στα περιβάλλοντα ιζημάτων στα οποία ζουν.
credits: Oregon State University
Μέχρι σήμερα είναι γνωστά 25 είδη βακτηρίων-αγωγών που έχουν οργανωθεί σε δύο γένη, το Candidatus Electrothrix , το οποίο ζει σε αλμυρό νερό, και το Candidatus Electronema , το οποίο ζει σε γλυκό και υφάλμυρο νερό. Το νέο είδος που ανακαλύφθηκε σε αυτή τη μελέτη διαθέτει τα γονίδια και τις μεταβολικές οδούς και των δύο γενών, αλλά πιστεύεται ότι αποτελεί γέφυρα προς έναν παλαιότερο κλάδο της γενεαλογίας Candidatus Electrothrix και έτσι ταξινομήθηκε ως οργανισμός αυτού του γένους.
«Το πρόσφατα ανακαλυφθέν είδος μπορεί να προσφέρει νέες γνώσεις σχετικά με το πώς εξελίχθηκαν τα βακτήρια-αγωγοί και πώς μπορούν να λειτουργήσουν σε ποικίλα περιβάλλοντα», δήλωσε ο Cheng Li, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Το Candidatus Electrothrix yaqonensis διαφέρει στην εμφάνιση από τα υπάρχοντα βακτήρια-αγωγούς, τα οποία φέρουν πολλές ραβδώσεις στα εξωτερικά τους κελύφη. Οι ραβδώσεις του νέου είδους είναι πολύ παχύτερες από εκείνες των γνωστών ειδών, φτάνοντας σε μέσο πάχος περίπου τα 228 νανόμετρα, δηλαδή είναι έως και τρεις φορές παχύτερες από ό,τι έχει παρατηρηθεί προηγουμένως. Οι ραβδώσεις του νέου είδους είναι διατεταγμένες σε σπειροειδές μοτίβο στην επιφάνεια του νήματος και το συνολικό τους σχήμα έχει πιο καλά σχηματισμένες γωνίες από των άλλων ειδών.
Αλλά η πιο εντυπωσιακή διαφορά είναι ότι το νήμα του νέου είδους περιβάλλεται από ένα παχύ, διαφανές περίβλημα. Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, πρόκειται για μια δομή που δεν έχει παρατηρηθεί προηγουμένως. Αυτό το περίβλημα δεν άγει ηλεκτρικό ρεύμα και πιστεύεται ότι προστατεύει το νήμα από το περιβάλλον και τους εξωτερικούς εχθρούς. Επιπλέον, μέσα στο νέο βακτήριο υπάρχει μια ίνα που περιέχει ένα μεταλλικό σύμπλοκο με νικέλιο στο κέντρο, το οποίο λειτουργεί ως «βιολογικό σύρμα» που μεταφέρει αποτελεσματικά ηλεκτρόνια κατά μήκος του νήματος. Είναι σαν η ίδια η δομή να σχεδιάστηκε με μηχανική πρόθεση.
Η φυσική απόδοση των βακτηρίων ως αγωγών είναι εντυπωσιακή. Όταν οι ερευνητές τοποθέτησαν μικροσκοπικά απομονωμένα νήματα σε ένα χρυσό ηλεκτρόδιο και εφάρμοσαν τάση, ένα γράφημα που έδειχνε την αλλαγή στο ρεύμα και την τάση παρήγε μια γραμμική, συμμετρική καμπύλη IV, υποδηλώνοντας υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η ηλεκτρική αντίσταση του νέου είδους ήταν περίπου 370 kilo-ohms, η οποία είναι ίση ή καλύτερη από αυτή των γνωστών βακτηρίων-καλωδίων.
credits: Oregon State University
«Αυτά τα βακτήρια μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρόνια για να καθαρίσουν τους ρύπους, επομένως θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση επιβλαβών ουσιών από τα ιζήματα», δήλωσε ο Λι. «Επίσης, ο σχεδιασμός τους για μια πρωτεΐνη νικελίου υψηλής αγωγιμότητας μπορεί ενδεχομένως να εμπνεύσει νέα βιοηλεκτρονική».
Η γονιδιωματική ανάλυση επίσης, αποκάλυψε ότι το νέο είδος διαθέτει ένα μίγμα γενετικών χαρακτηριστικών των γενών Candidatus Electrothrix και Candidatus Electronema, ένα φαινόμενο γνωστό ως «μωσαϊκισμός». Για παράδειγμα, αυτό μπορεί να παρατηρηθεί στο κυτόχρωμα του νέου βακτηρίου, έναν τύπο πρωτεΐνης που εμπλέκεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων. Συνήθως στο γένος Candidatus Electrothrix, τα βακτήρια έχουν μία μόνο αίμη (ένα σύμπλεγμα που αποτελείται από ένα δισθενές άτομο σιδήρου και μια πορφυρίνη). Αλλά το νέο είδος, όπως και ορισμένοι άλλοι τύποι βακτηρίων καλωδίου, είναι εξοπλισμένο με ένα κυτόχρωμα με δύο αίμες. Η αίμη συμμετέχει συχνά ως προσθετική ομάδα σε πρωτεΐνες, όπως για παράδειγμα στην ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη και μυοσφαιρίνη, δίνοντας τόσο στο αίμα, όσο και στους μυς το χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα.
Αυτό το νέο είδος είναι επίσης μοναδικό στον τρόπο που προσαρμόζεται σε αλμυρά περιβάλλοντα. Τα είδη Candidatus Electrothrix , τα οποία ζουν σε αλμυρό νερό, συνήθως χρησιμοποιούν ένα ένζυμο μεταφοράς ηλεκτρονίων που ονομάζεται «οξειδοαναγωγάση NADH-κινόνης μεταφοράς νατρίου (NQR)» για τη ρύθμιση της οσμωτικής πίεσης. Αλλά αυτό το ένζυμο απουσιάζει από το Candidatus Electrothrix yaqonensis , το οποίο αντ' αυτού διαθέτει αρκετές πρωτεΐνες - «μεταφορείς ανταλλαγής νατρίου και πρωτονίων (NHE)» διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό πιστεύεται ότι είναι το αποτέλεσμα της προσαρμογής στο μοναδικό περιβάλλον του υφάλμυρου νερού, όπου η αλατότητα κυμαίνεται.
Περαιτέρω μελέτες θα αποκαλύψουν τον μηχανισμό σχηματισμού του μοναδικού περιβλήματος του Candidatus Electrothrix yaqonensis, καθώς και τη διαδικασία αυτοσυναρμολόγησης των αγώγιμων ινών του.
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, αυτό το νέο είδος, επειδή συνδυάζει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα, έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ως νέο υλικό στον τομέα της βιοηλεκτρονικής. Δυνητικά, θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία βιοδιασπώμενων ηλεκτρονικών συσκευών και βιοαισθητήρων στο μέλλον. Τα χαρακτηριστικά του μπορεί επίσης να είναι χρήσιμα για την αποκατάσταση βαρέων μετάλλων και οργανικών ρύπων σε ιζηματογενή περιβάλλοντα.
*Αυτή η ιστορία πρωτοεμφανίστηκε στο WIRED
