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  • Experimento e teoria se unem finalmente no debate sobre nanofios microbianos
    p Cientistas da UMass Amherst dizem que resolveram a disputa entre cientistas teóricos e experimentais ao desenvolver uma combinação de novos experimentos e melhor modelagem teórica de pili elétricos especializados na bactéria Geobacter . Crédito:Derek Lovley e Eric Martz

    p O debate científico tem estado quente ultimamente sobre se os nanofios microbianos, os pili elétricos especializados da bactéria anaeróbia que habita a lama Geobacter sulfurreducens , realmente possuem condutividade metálica, como afirmam seus descobridores. Mas agora o microbiologista Derek Lovley da Universidade de Massachusetts Amherst, com o pesquisador de pós-doutorado Nikhil Malvankar e colegas, dizem que resolveram a disputa entre cientistas teóricos e experimentais ao criar uma combinação de novos experimentos e melhor modelagem teórica. p Em uma série de artigos que remontam a 2011, O grupo de Lovley forneceu várias linhas de evidências experimentais de que Geobacter os pili conduzem elétrons por meio da interação próxima de aminoácidos aromáticos na estrutura do filamento da proteína. Como Malvankar explica, "Os elétrons fluem como em um fio de cobre, daí o termo condutividade metálica. "No entanto, nos últimos dois anos, muitos grupos de modeladores teóricos publicaram artigos concluindo que os resultados de Lovley e Malvankar são impossíveis.

    p Mas, diz Lovley, "Na minha opinião, modelagem de dados experimentais supera. Como disse o falecido físico Richard Feynman, 'Não importa o quão bonita seja a sua teoria, não importa o quão inteligente você seja. Se não estiver de acordo com o experimento, está errado.'"

    p Em busca de dados ainda mais experimentais, Malvankar viajou para o Laboratório Nacional de Brookhaven por dois anos para avaliar melhor a estrutura do Geobacter pili com abordagens sofisticadas, incluindo microdifração de raios-X síncrotron e difração de raios-X de curva oscilante. Ele encontrou um espaçamento periódico de 3,2 angstrom de aminoácidos aromáticos no Geobacter pili, muito mais próximos do que os modelos teóricos previam. As descobertas aparecem na edição atual da revista mBio .

    p Adorável diz, "Nos experimentos de Nikhil, vemos uma assinatura clara do empacotamento estreito dos aminoácidos aromáticos. Os pili não condutores não têm isso. Também, quando Nikhil acidificou o pili, houve um aumento no empacotamento dos aromáticos em proporção ao aumento de sua condutividade. Esses resultados são consistentes com nosso conceito de condutividade metálica no pili. Nenhum dos modelos que rejeitaram nossa hipótese eram consistentes com esses resultados. "

    p Para entender melhor a falta de correspondência entre os experimentos e modelos, Malvankar se juntou a Eric Martz, Professor emérito da UMass Amherst e especialista em modelagem de proteínas. Eles descobriram que a mudança de uma suposição simples na construção do modelo pili mudou drasticamente o resultado. Malvankar explica, "Os modelos anteriores começaram com um modelo da estrutura para Neisseria gonorrhoeae pili. No entanto, Geobacter pili são, na verdade, mais intimamente relacionados aos de Pseudomonas aeruginosa . Nosso modelo é baseado em Pseudomonas . "

    p O modelo de Malvankar prevê empacotamento denso de aminoácidos aromáticos consistentes com seus resultados experimentais e a hipótese de que Geobacter pili possui condutividade metálica.

    p Martz adverte, "Não estamos afirmando que nosso modelo está 100 por cento correto. Na verdade, temos certeza de que não. Mas os outros modelos simplesmente não podem explicar os resultados experimentais. Nosso faz. Também, a condutividade vem de uma proteína. Os cientistas sempre disseram que as proteínas não podem desempenhar essa função. Descobrimos que eles não apenas fazem isso, mas também o fazem bem. Esta é uma descoberta tão interessante que os cientistas terão que prestar atenção. "

    p Esta descoberta, apoiado por financiamento do U.S. Office of Naval Research, espera-se que ajude na engenharia de outras bactérias para produzir nanofios microbianos com métodos de biologia sintética. Por exemplo, O laboratório de Lovley inventou uma forma artificial de fotossíntese na qual os micróbios usam eletricidade renovável para converter dióxido de carbono em combustíveis e outros produtos químicos orgânicos. Ele diz, "Quanto melhor entendermos como funcionam os nanofios microbianos, melhores serão nossas chances de otimizar a troca de elétrons eletrodo-micróbio. "

    p Malvankar acrescenta, "There is also the opportunity to capitalize on the fundamental design principles that nature is teaching us to produce novel electronic materials in a sustainable way." Na natureza, Geobacter use their microbial nanowires to breathe; they transfer electrons onto iron oxides, minerais naturais semelhantes à ferrugem no solo, which serve the same function for these bacteria that oxygen does in humans. "O que Geobacter can do with its nanowires is akin to breathing through a snorkel that's 10 kilometers long, " ele diz.

    p Others in Lovley's group have shown that Geobacter uses microbial nanowires to electrically communicate with other microbial species. This cooperative electron sharing is important in the conversion of organic wastes to methane, an effective bioenergy strategy. Nanowires are also key components of ongoing studies by Lovley's lab to build biocomputers and novel biosensors. The UMass Amherst team is now working on a "pili factory" to make purified Geobacter pili freely available to other researchers, to repeat these experiments or carry out other studies.


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