Бактерии хотят напрямую подключить к электронике

Исследователи Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) придвинулись на один шаг ближе к созданию биологических объектов, способных напрямую взаимодействовать с электроникой.

Они создали бактерий, способных переносить электроны через клеточную мембрану и передавать их на внешний акцептор. Такие клетки можно "научить" регистрировать электрические сигналы и реагировать на них определенным образом. В будущем их можно будет использовать для создания самовоспроизводящихся и самовосстанавливающихся электронных устройств, предназначенных для выполнения различных задач, например, превращения солнечной энергии в электричество.

Модифицированные кишечные палочки (желтого цвета) восстанавливают твердые частицы оксида железа (черного цвета).

Принудительное перемещение электронов через клеточную мембрану является достаточно сложной задачей, так как оно может нарушить функционирование клетки или даже убить ее. Более того, существующие методы переноса электронов клетки на внешний акцептор не позволяют управлять их движением, наблюдать за совершаемыми ими по пути "остановками" и посылать сигналы обратно внутрь клетки.

Авторы отмечают, что для переноса электронов клетки используют различные механизмы, однако просто ввести электрод в клетку для того, чтобы обменяться с ней электронами, равносильно засовыванию пальца в розетку с целью утоления голода. Вместо этого они решили воспользоваться разработанным природой молекулярным механизмом.

Для этого они клонировали фрагмент ДНК бактерии Shewanella oneidensis, содержащий генетические инструкции по синтезу внеклеточной цепи переноса электронов, и встроили получившуюся "генетическую кассету" в геном лабораторного штамма кишечной палочки (Escherichia coli). Shewanella oneidensis обитает в условиях отсутствия атмосферного кислорода и использует для дыхания кислород оксида железа, восстанавливая его путем непосредственного переноса внутриклеточных электронов на неорганические минералы почвы.

Модифицированные таким образом кишечные палочки "научились" эффективно и с большой скоростью восстанавливать наночастицы из железа и оксида железа (известного как "ржавчина").

Авторы планируют встроить клонированную ими "генетическую кассету" в геном фотосинтезирующих бактерий, которые впоследствии можно будет использовать для производства дешевых самовосстанавливающихся солнечных батарей. Еще одним перспективным направлением является производство фармакологических препаратов, так как лежащая в основе производственного процесса бактериальная ферментация требует интенсивного снабжения кислородом. Модифицированные бактерии смогут использовать кислород оксида железа, что позволит значительно снизить энергозатраты.