Учёные создали электрическую связь с живыми клетками
Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли разработали электрический канал связи с живыми клетками, предназначенный для переноса электронов через клеточную мембрану к внешнему акцептору по чётко определённому пути. Эта прямая связь может привести к созданию клеток, способных считывать и реагировать на электронные сигналы, электроники с возможностью самовоспроизведения и ремонта, или эффективного преобразования солнечного света в электричество.
Проблема и вдохновение
В большинстве попыток соединить живые и неживые системы клетки повреждаются и погибают. Учёные вдохновились природой, где многие организмы эволюционировали для взаимодействия с минералами окружающей среды, и фактически «вырастили» соединения из клетки.
Молекулярный путь для электронов
Попытки извлечь электрон из клетки часто нарушают её функции. Существующие методы не имеют молекулярной «дорожной карты», что не позволяет управлять поведением электронов или отправлять сигнал обратно внутрь клетки.
Генетический подход
Учёные клонировали часть цепи внеклеточного переноса электронов у бактерии Shewanella oneidensis MR-1, способной восстанавливать тяжёлые металлы в бескислородных средах. Этот «генетический кассетный модуль» — участок ДНК с инструкциями для создания проводника электронов — можно внедрить в любой организм, так как вся известная жизнь использует ДНК.
Результаты
Команда внедрила этот природный электронный путь в безвредный штамм E. coli. Модифицированные бактерии смогли эффективно направлять электроны на неорганический минерал — оксид железа (ржавчину). Инженерные E. coli восстанавливали наночастицы оксида железа в пять раз быстрее, чем обычные E. coli.
Значение и перспективы
Эта работа — часть более крупного проекта по «одомашниванию» жизни на клеточном и молекулярном уровне. Прямой интерфейс позволяет использовать возможности живых систем для преобразования энергии, химического синтеза и самосборки.
Будущие применения:
- Солнечные батареи: Внедрение модуля в фотосинтезирующие бактерии позволит производить электроны из солнечного света, создавая дешёвые и самовоспроизводящиеся солнечные батареи.
- Фармацевтика: Бактерии, дышащие с помощью ржавчины вместо кислорода, могут сэкономить энергию на этапе ферментации при производстве лекарств, который требует энергоёмкой прокачки кислорода.