p A descoberta de um fundamento, propriedade anteriormente desconhecida de nanofios microbianos na bactéria Geobacter sulfurreducens, que permite o transporte de elétrons por longas distâncias, pode revolucionar a nanotecnologia e a bioeletrônica, diz uma equipe de físicos e microbiologistas da Universidade de Massachusetts Amherst. p Suas descobertas foram relatadas na edição online antecipada de 7 de agosto da Nature Nanotechnology pode um dia tornar-se mais barato, nanomateriais não tóxicos para biossensores e eletrônicos de estado sólido que fazem interface com sistemas biológicos.

p O microbiologista principal Derek Lovley com os físicos Mark Tuominen, Nikhil Malvankar e colegas, digamos, redes de filamentos bacterianos, conhecidos como nanofios microbianos porque conduzem elétrons ao longo de seu comprimento, pode mover cargas tão eficientemente quanto nanoestruturas metálicas orgânicas sintéticas, e eles fazem isso em distâncias notáveis, milhares de vezes o comprimento da bactéria.

p Redes de nanofios microbianos percorrendo biofilmes, que são agregados coesivos de bilhões de células, dar a este material biológico condutividade comparável àquela encontrada em polímeros condutores sintéticos, que são comumente usados ​​na indústria eletrônica.

p Lovley diz, "A capacidade dos filamentos de proteínas de conduzir elétrons dessa maneira é uma mudança de paradigma na biologia e tem ramificações para nossa compreensão dos processos microbianos naturais, bem como implicações práticas para a limpeza ambiental e o desenvolvimento de fontes de energia renováveis."

p A descoberta representa uma mudança fundamental na compreensão dos biofilmes, Malvankar acrescenta. "Nesta espécie, o biofilme contém proteínas que se comportam como um metal, conduzindo elétrons em uma distância muito longa, basicamente, tanto quanto você pode estender o biofilme. "

p Tuominen, o físico líder, adiciona, "Esta descoberta não apenas apresenta um novo princípio importante na biologia, mas também na ciência dos materiais. Agora podemos investigar uma série de novos nanomateriais condutores que estão vivos, ocorrendo naturalmente, não tóxico, mais fácil de produzir e menos dispendioso do que o feito pelo homem. Eles podem até nos permitir usar eletrônicos em ambientes com água e úmidos. Isso abre oportunidades estimulantes para aplicações biológicas e de energia que não eram possíveis antes. "

p Os pesquisadores relatam que esta é a primeira vez que a condução de carga elétrica semelhante a um metal ao longo de um filamento de proteína foi observada. Anteriormente, pensava-se que tal condução exigiria um mecanismo envolvendo uma série de outras proteínas conhecidas como citocromos, com elétrons fazendo saltos curtos do citocromo para o citocromo. Por contraste, a equipe UMass Amherst demonstrou condução de longo alcance na ausência de citocromos. Os filamentos da Geobacter funcionam como um verdadeiro fio.

p Na natureza, Geobacter usa seus nanofios microbianos para transferir elétrons para óxidos de ferro, minerais naturais semelhantes à ferrugem no solo, que para Geobacter tem a mesma função que o oxigênio para humanos. "O que a Geobacter pode fazer com seus nanofios é semelhante a respirar por um snorkel de 10 quilômetros de comprimento, "diz Malvankar.

p O grupo UMass Amherst propôs em um artigo de 2005 na Nature que os nanofios da Geobacter podem representar uma nova propriedade fundamental na biologia, mas eles não tinham um mecanismo, então foram recebidos com considerável ceticismo. Para continuar experimentando, Lovley e colegas aproveitaram o fato de que no laboratório Geobacter crescem em eletrodos, que substituem os óxidos de ferro. Em eletrodos, as bactérias produzem espessas, biofilmes eletricamente condutores. Em uma série de estudos com cepas geneticamente modificadas, os pesquisadores descobriram que a condutividade metálica no biofilme pode ser atribuída a uma rede de nanofios espalhando-se por todo o biofilme.

p Essas estruturas especiais são ajustáveis ​​de uma maneira nunca vista antes, os pesquisadores da UMass Amherst descobriram. Tuominen destaca que é bem conhecido na comunidade da nanotecnologia que as propriedades dos nanofios artificiais podem ser alteradas alterando seus arredores. A abordagem natural da Geobacter é única ao permitir que os cientistas manipulem propriedades condutoras simplesmente mudando a temperatura ou regulando a expressão do gene para criar uma nova cepa, por exemplo. Malvankar acrescenta que, ao introduzir um terceiro eletrodo, um biofilme pode agir como um transistor biológico, capaz de ser ligado ou desligado aplicando uma tensão.

p Outra vantagem que a Geobacter oferece é sua capacidade de produzir materiais naturais que são mais ecológicos e um pouco mais baratos do que os feitos pelo homem. Muitos dos materiais nanotecnológicos de hoje são caros de produzir, muitos exigindo elementos raros, diz Tuominen. Geobacter é uma verdadeira alternativa natural. "Como alguém que estuda materiais, Eu vejo os nanofios neste biofilme como um novo material, um que por acaso é feito pela natureza. É empolgante que possa preencher a lacuna entre a eletrônica de estado sólido e os sistemas biológicos. É biocompatível de uma forma que não vimos antes. "

p Lovley brinca, "Basicamente, estamos fazendo eletrônicos com vinagre. Não pode ficar muito mais barato ou mais 'verde' do que isso."

p Finalmente, esta é uma história sobre colaboração interdisciplinar, o que é muito mais difícil de realizar do que parece, Lovley diz. "Tivemos muita sorte de ter financiamento flexível do Office of Naval Research, o Departamento de Energia e a Fundação Nacional de Ciência que nos permitiu seguir alguns palpites. Também, foi preciso um aluno de doutorado em física corajoso o suficiente para vir para a microbiologia para trabalhar com algo úmido e viscoso. "Aquele aluno, Nikhil Malvankar, agora é um pesquisador de pós-doutorado que, com Lovley e Tuominen, continuará explorando o que dá aos filamentos de proteína do Geobacter suas propriedades elétricas únicas.