Los microbiólogos de la Universidad de Massachusetts Amherst informan que han descubierto un nuevo tipo de alambre natural producido por bacterias que podría acelerar enormemente el objetivo de los investigadores de desarrollar materiales conductores "verdes" sostenibles para la industria electrónica. El estudio de Derek Lovley y sus colegas aparece esta semana en mBio , la principal revista de la Sociedad Estadounidense de Microbiología.

Los investigadores estudiaron nanocables microbianos, filamentos de proteínas que las bacterias utilizan de forma natural para establecer conexiones eléctricas con otros microbios o minerales.

Como explica Lovley, "Los nanocables microbianos son un material electrónico revolucionario con ventajas sustanciales sobre los materiales artificiales. La síntesis química de nanocables en el laboratorio requiere productos químicos tóxicos, altas temperaturas y / o metales costosos. Las necesidades energéticas son enormes. Por el contrario, Los nanocables microbianos naturales se pueden producir en masa a temperatura ambiente a partir de materias primas renovables de bajo costo en biorreactores con insumos de energía mucho más bajos. Y el producto final está libre de componentes tóxicos ".

"Por lo tanto, los nanocables microbianos ofrecen un potencial sin precedentes para el desarrollo de materiales novedosos, dispositivos electrónicos y sensores para diversas aplicaciones con una nueva tecnología ecológica, ", agrega." Este es un avance importante en la tecnología de nanocables microbianos. El enfoque que describimos en este documento demuestra un método rápido de prospección en la naturaleza para encontrar mejores materiales electrónicos ".

Hasta ahora, el laboratorio de Lovely ha estado trabajando con los nanocables de una sola bacteria, Geobacter sulfurreducens . "Nuestros primeros estudios se centraron en el Geobacter porque solo intentábamos entender por qué un microbio fabricaba cables diminutos, Lovley dice:"Ahora estamos más interesados ​​en los nanocables como material electrónico y nos gustaría comprender mejor el alcance total de lo que la naturaleza puede ofrecer para estas aplicaciones prácticas".

Cuando su laboratorio comenzó a examinar los filamentos de proteínas de otros Geobacter especies, se sorprendieron al encontrar una amplia gama de conductividades. Por ejemplo, una especie recuperada de suelos contaminados con uranio produjo filamentos de baja conductividad. Sin embargo, otra especie, Geobacter metalireducens - casualmente el primero Geobacter nunca aislados:nanocables producidos 5, 000 veces más conductivo que el G. sulfurreducens alambres. Lovley recuerda, "Aislé metalireducens del barro en el río Potomac hace 30 años, y cada dos años nos da una nueva sorpresa ".

En su nuevo estudio apoyado por la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., ellos no estudiaron el G. metalireducens colar directamente. En lugar de, tomaron el gen de la proteína que se ensambla en nanocables microbianos y lo insertaron en G. sulfurreducens . El resultado es un genéticamente modificado G. sulfurreducens que expresa el G. metalireducens proteína, haciendo que los nanocables sean mucho más conductores que G. sulfurreducens produciría naturalmente.

Más lejos, Lovley dice:"Hemos encontrado que G. sulfurreducens Expresará genes de filamentos de muchos tipos diferentes de bacterias. Esto simplifica la producción de una diversidad de filamentos en el mismo microorganismo y el estudio de sus propiedades en condiciones similares ".

"Con este enfoque, estamos explorando el mundo microbiano para ver qué hay en términos de materiales conductores útiles, ", agrega." Hay una gran reserva de genes de filamentos en el mundo microbiano y ahora podemos estudiar los filamentos producidos a partir de esos genes, incluso si el gen proviene de un microbio que nunca ha sido cultivado ".

Los investigadores atribuyen G. metalireducens la extraordinariamente alta conductividad de los nanocables a su mayor abundancia de aminoácidos aromáticos. Los anillos aromáticos muy compactos parecen ser un componente clave de la conductividad microbiana de los nanocables, y más anillos aromáticos probablemente significan mejores conexiones para la transferencia de electrones a lo largo de los filamentos de proteínas.

La alta conductividad del G. metalireducens nanocables sugiere que pueden ser un material atractivo para la construcción de materiales conductores, dispositivos y sensores electrónicos para aplicaciones médicas o ambientales. Los autores dicen que descubrir más sobre los mecanismos de la conductividad de los nanocables "proporciona información importante sobre cómo podríamos hacer cables aún mejores con genes que diseñamos nosotros mismos".