Електропровідність білкових виростів бактерії Geobacter sulfurreducens обумовлена тонкими особливостями їх будови.
Зазвичай білкові молекули і білкові надмолекулярні комплекси електричний струм не проводять. Однак і тут є винятки, і одне з них - пили, або ворсинки, бактерії Geobacter sulfurreducens. Пилками називають довгі білкові структури, що сидять на поверхні бактеріальної клітини (через що бактерія виглядає досить волохатою) і виконують різні функції.
Кілька років тому дослідники виявили, що ворсинки G. sulfurreducens здатні проводити струм - за своїми довгими пилками G. sulfurreducens перекачує електрони іншим бактеріям, з якими живе в спільноті. Електропровідність бактеріальних ворсинок виявилася порівнянною з електропровідністю металів, передача струму відбувалася на досить великі за мірками бактерій відстані (на десятки мікрометрів), проте було абсолютно незрозуміло, чому так відбувається - згідно моделі ворсинок G. sulfurreducens, ніякий струм вони проводити не були повинні.
Загадку вдалося дозволити співробітникам Массачусетського університету в Амхерсті разом з колегами з Брукхейвенської національної лабораторії при Міністерстві енергетики США. Пилі утворюються з білка піліна, безліч молекул якого з'єднуються в довгий комплекс, і, якщо ми спробуємо розглянути ворсинки ближче, то побачимо в них повторювані елементи.
За допомогою рентгеноструктурних методів вдалося з'ясувати, що у провідних ниток є важлива особливість - в їх структурі повторюється проміжок в 0,32 нм. А ось біля штаму G. sulfurreducens, чиї пілі втратили здатність проводити струм, такого повторюваного по довжині ворсинок 0,32-нанометрового зазору не було.
Крім того, непровідні пілі були позбавлені амінокислот з ароматичними хімічними групами. Відомо, що в ароматичних сполуках (найпростішим і найвідомішим з яких є бензол зі шкільного підручника) електронна щільність рівномірно розподілена по всіх атомах, що утворюють кільце; іншими словами, всі електрони, задіяні в створенні молекули, як би рівномірно розмазані по всій ароматичній групі.
При зближенні і перекриванні електронних орбіталів двох ароматичних молекул електрони як би отримають у своє користування нову територію, на яку зможуть заходити порівняно безперешкодно. Якщо такі близько розташовані кільця вишикуються в ряд від точки А до точки Б, то між А і Б виникне електропровідність. Ароматичні групи стирчать на ворсинці G. sulfurreducens подібно перекладинам гвинтових сходів, перекидаючи один одному електрони. Важливо тільки, щоб вони знаходилися на правильно відстані один щодо одного, і ось вищезгадані повторюються 0,32 нм в проведених ворсинках G. sulfurreducens якраз це найправильніша відстань і є.
У статті в mBio також йдеться про те, в чому причина відомого феномену з провідними ворсинками - в більш ранніх експериментах їх електропровідність зростала чи не в 100 разів при закисленні середовища. Виявилося, що при зменшенні pH з 10 до 2 (тобто при підвищенні кислотності) необхідні для електропровідності періодичні 0,32-нанометрові зазори в пилях ставав більш вираженим, і вони починали краще проводити струм.
Увага, якою користуються «електропровідні бактерії», цілком зрозуміла, адже їх пили - це готові нанопроводу, які можна дешево і швидко вирощувати в пробірці і потім збирати з них якусь наноелектроніку. Якщо пили геобактера доведуть свою ефективність, і якщо знайдуть спосіб ще якось їх поліпшити, то, можливо в недалекому майбутньому нас чекають гаджети на бактеріально-білковій основі.