Elektryczna sieć bakteryjna

Kiedy warunki stają się zbyt trudne, bakterie wysnuwają między sobą nanonici, które służą im do transportowania elektronów, to znaczy, bez żadnej wątpliwości, do oddychania. Jest to na pewno nowe pole do popisu dla mikrobiologów. Bakterie wymyśliły nanoprzewodniki i sieci. To właśnie odkryli mikrobiolodzy jakiś czas temu. Kiedy bakterie organizują się w rodzaj „biofolii”, wiele z nich wyposaża się we włókna, czasami bardzo długie włókna, które się wślizgują w tę „biofolię” i mogą w ten sposób także łączyć ze sobą liczne komórki.

Naukowcy podejrzewają, że wzdłuż tych mikroskopijnych niteczek istnieje także aktywność elektryczna i mowa tutaj właśnie o „nanoprzewodnikach bakteryjnych”. Zespół badaczy z Uniwersytetu Kalifornii Południowej, prowadzony przez pana Mohameda El-Naggara, właśnie po raz pierwszy udowodnił, i to już bez żadnych dwuznaczności, że chodzi tutaj najwyraźniej o przewodniki elektryczne, które przenoszą elektrony, a prąd ten związany jest z metabolizmem bakterii.

Ekipa naukowców zajęła się konkretnie Shewanella oneidensis MR-1, który jest mikroorganizmem już bardzo dobrze znanym oraz który stanowi obiekt zainteresowania wielu mikrobiologów, na co dowodem może być nawet stworzenie Federacji Shewanella (Shewanella Federation). Bakteria ta może żyć zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym. Tak jak każdy organizm, oddycha ona redukując elektrony, to znaczy – oddając je atomowi, który je bardzo łatwo akceptuje: atomowi tlenu, jeśli taki występuje, albo atomowi metalu, na przykład atomowi takiemu jak żelazo.

W okresie niedoboru, Shewanella tworzy liczne włókna, które się wyciągają na bardzo długie dystanse. Włókna te zbudowane są z protein. W 2008 roku, ekipa Mohameda El-Naggara udowodniła ich zadziwiające właściwości elektryczne. Odporność elektryczna zdawała się zmieniać wraz z ciśnieniem, którego działaniu bakterie te były poddawane, a działo się w to sposób zmienny, co sugerowało istnienie mechanizmów chemicznych. Ale trzeba było jeszcze udowodnić, że te długie włókna skutecznie przewodziły prąd - z jednego krańca na drugi.

Wymiana elektryczna

Dla celów tego nowego doświadczenia, mikrobiolodzy umieścili bakterie Shewanella w środowisku bardzo ubogim, w którym te mikroorganizmy następnie musiały wzrastać. To sprowokowało je do bardzo dużej produkcji włókien. Następnie, te „owłosione” bakterie, zostały umieszczone na powierzchni pokrytej licznymi nanoelektrodami. W wielu miejscach, włókna bakterii spoczywały na dwóch takich małych elektrodach.

Tak jak elektrycy mierzący opór, naukowcy mogli w ten sposób zmierzyć bardzo doładnie przewodnictwo elektryczne, które jest podobne do przewodnictwa półprzewodnika. Przecinając włókno między dwoma elektrodami, biolodzy zaoberwowali także przerwanie przepływu prądu elektrycznego.

Co więcej, badacze mogili zmierzyć te wymiany elektronowe w wielu miejscach. Przepływ elektronów w różnych kierunkach jest bardzo silnie związany ze stanem metabolizmu w różnych miejscach takiej „biofolii”, wyjaśnia pan Mohamed El-Naggar.

Konkluzja: włókna te przewodzą więc prąd elektryczny, który rozchodzi się od bakterii do bakterii, a te wymiany elektronowe mają jakiś związek z metabolizmem bakterii.

Zdaniem autorów artykułu, który ukazał się on line Pnas, włókna bakteryjne transmitują elektrony, co stanowi formę oddychania. Bakterie, które nie znajdują wokół siebie tych „łapaczy” elekronów, mogą mimo wszystko oddychać dzięki właśnie tym włóknom. Jest to oddychanie kolektywne, podsumowuje Mohamed El-Naggar.

Taki pomysł nie jest nowy: na początku 2010 roku, Lars Peter Nielsen oraz jego koledzy, odkryli w zatoce Aarhus (Dania), bakterie żyjące w cieniu, tworzące formacje aż do ponad 1 centymetra głębokości, do których bardzo słabo docierał tlen.

W laboratorium, kiedy wodę gwałtownie oczyszczono z tlenu, bakterie z powierzchni bardzo szybko zmieniły swój metabolizm, aby zaadaptować się do tej nowej sytuacji. Natomiast w głębi takiej formacji, bakterie zrobiły to samo w bardzo krótkim czasie. Reakcja była tak szybka, że naukowcy duńscy wysunęli hipotezę o transmisji informacji drogami elektrycznymi, dzięki włóknom łączącym bakterie między sobą na całej długości i głębokości takiej formacji.

Transmisja informacji albo oddychanie kolektywne: rola tych włókien, które zdają się być dość powszechne w świecie bakterii, jest jeszcze słabo zrozumiana. Ale te odkrycia otwierają nowe prespektywy naukowe, dość fascynujące, które pozwolą być może lepiej zrozumieć bakterie, a które są zdecydowanie zaskakujące...