p A afirmação do microbiologista Derek Lovley e colegas da Universidade de Massachusetts Amherst de que o micróbio Geobacter produz minúsculos fios elétricos, chamados nanofios microbianos, esteve atolado em polêmica por uma década, mas os pesquisadores dizem que um novo estudo colaborativo fornece evidências mais fortes do que nunca para apoiar suas afirmações. p Físicos da UMass Amherst que trabalham com Lovley e colegas relatam na edição atual da Nature Nanotechnology que eles usaram uma nova técnica de imagem, microscopia de força eletrostática (EFM), para resolver o debate biológico com evidências da física, mostrando que as cargas elétricas de fato se propagam ao longo dos nanofios microbianos, assim como o fazem nos nanotubos de carbono, um material feito pelo homem altamente condutor.

p Os físicos Nikhil Malvankar e Sibel Ebru Yalcin, com o professor de física Mark Tuominen, confirmou a descoberta usando EFM, uma técnica que pode mostrar como os elétrons se movem através dos materiais. "Quando injetamos elétrons em um ponto dos nanofios microbianos, todo o filamento se iluminou enquanto os elétrons se propagavam através do nanofio, "diz Malvankar.

p Yalcin, agora no Pacific Northwest National Lab, adiciona, "Esta é a mesma resposta que você veria em um nanotubo de carbono ou outros nanofilamentos sintéticos altamente condutores. Mesmo as densidades de carga são comparáveis. Esta é a primeira vez que EFM foi aplicado a proteínas biológicas. Ele oferece muitas novas oportunidades em biologia. "

p Lovley diz que a capacidade da corrente elétrica de fluir através dos nanofios microbianos tem importantes implicações ambientais e práticas. "As espécies microbianas se comunicam eletricamente por meio desses fios, compartilhar energia em processos importantes, como a conversão de resíduos em gás metano. Os nanofios permitem ao Geobacter viver de ferro e outros metais do solo, mudando significativamente a química do solo e desempenhando um papel importante na limpeza ambiental. Nanofios microbianos também são componentes-chave na capacidade do Geobacter de produzir eletricidade, uma nova capacidade que está sendo adaptada para projetar sensores microbianos e dispositivos de computação biológica. "

p Ele reconhece que existe um ceticismo substancial de que os nanofios da Geobacter, que são filamentos de proteínas, poderia conduzir elétrons como um fio, um fenômeno conhecido como condutividade metálica. "O ceticismo é bom na ciência, faz com que você trabalhe mais para avaliar se o que está propondo é correto, "Lovley aponta." É sempre mais fácil entender algo se você puder ver. Drs. Malvankar e Yalcin descobriram uma maneira de visualizar a propagação de carga ao longo dos nanofios que é tão elegante que até um biólogo como eu pode facilmente entender o mecanismo. "

p Os biólogos sabem há anos que, em materiais biológicos, os elétrons normalmente se movem pulando ao longo de etapas bioquímicas discretas que podem conter os elétrons individuais. Por contraste, elétrons em nanofios microbianos são deslocalizados, não está associado a apenas uma molécula. Isso é conhecido como condutividade metálica porque os elétrons são conduzidos de maneira semelhante a um fio de cobre.

p Malvankar, que forneceu a primeira evidência da condutividade metálica dos nanofios microbianos nos laboratórios de Lovley e Tuominen em 2011, diz, "A condutividade de tipo metálico dos nanofios microbianos parecia clara de como ela mudava com diferentes temperaturas ou pH, mas ainda havia muitos céticos, especialmente entre os biólogos. "

p Para adicionar mais suporte à sua hipótese, O laboratório de Lovley alterou geneticamente a estrutura dos nanofios, remover os aminoácidos aromáticos que fornecem os elétrons deslocalizados necessários para a condutividade metálica, conquistando mais céticos. Mas EFM fornece o final, evidência chave, Malvankar diz.

p "Nossa imagem mostra que as cargas fluem ao longo dos nanofios microbianos, embora sejam proteínas, ainda em seu estado nativo ligado às células. Ver é crer. Ser capaz de visualizar a propagação de carga nos nanofios em um nível molecular é muito satisfatório. Espero que esta técnica tenha um impacto futuro especialmente importante nas muitas áreas onde a física e a biologia se cruzam ”, acrescenta.

p Tuominen diz, "Esta descoberta não apenas apresenta um novo princípio importante na biologia, mas também na ciência dos materiais. Aminoácidos naturais, quando arranjado corretamente, pode propagar cargas semelhantes a condutores moleculares, como nanotubos de carbono. Ele abre oportunidades empolgantes para a nanoeletrônica baseada em proteínas que não eram possíveis antes. "

p Os nanofios microbianos de Lovley e seus colegas são um potencial componente eletrônico "verde", feito de renovável, materiais não tóxicos. Eles também representam uma nova parte no crescente campo da biologia sintética, ele diz. "Agora que entendemos melhor como funcionam os nanofios, e demonstraram que podem ser geneticamente manipulados, parece possível projetar 'micróbios elétricos' para uma diversidade de aplicações. "

p Uma aplicação que está sendo desenvolvida atualmente está transformando o Geobacter em sensores eletrônicos para detectar contaminantes ambientais. Outro são os computadores microbiológicos baseados em Geobacter. Este trabalho foi apoiado pelo Office of Naval Research, o Departamento de Energia dos EUA e a National Science Foundation.