Електропровідні вирости на поверхні бактеріальних клітин влаштовані подібно до звичайних електричних проводів - з провідною внутрішньою частиною і ізолюючою обмоткою.
У бактерій роду Geobacter, відкритих наприкінці 80-х років минулого століття, є кілька примітних особливостей. Вони живуть у ґрунті і на дні водойм - там, де немає кисню, який геобактери не люблять, будучи суворими анаеробами. При цьому енергію вони отримують, окисляючи різноманітні органічні речовини, включаючи нафтові вуглеводні, і метали, в тому числі і радіоактивні, на кшталт урану.
Окисляючи субстрат, бактерії відбирають у нього електрони і передають його по складному ланцюжку білків. Під час цієї подорожі електронів відбуваються біохімічні реакції, в яких енергія запасається в хімічній формі, зручній і доступній для клітини. Подібно кажучи, електронний потік крутить колеса білкової енергетичної станції.
Але електронний потік потрібно в підсумку кудись скидати. Бактерії роду Geobacter використовують для цього сірку, оксиди заліза та інші сполуки інших металів. І ось зі скиданням електронів пов'язана інша, ще більш цікава особливість геобактерів. Кілька років тому дослідники з Массачусетського університету в Амхерсті виявили, що біоплівки бактерій Geobacter sulfurreducens проводять електрони так само добре, як штучні металеві наноструктури. Подальші експерименти показали, що електрика в бактеріальних біоплонках біжить по білкових нитках, що ростуть на поверхні клітин. Тобто через ці нитки бактерії відводять електрони, відірвані від субстрату, передаючи їх назовні, на інший субстрат, який готовий їх прийняти - тобто на сірку, на оксиди заліза тощо.
Виникло питання, як влаштовані бактеріальні дроти. З одного боку, було б логічно, якби проведенням електронів займалися білки цитохроми. Саме вони стоять в електронних ланцюгах фотосинтезу і клітинного дихання (так називають ті самі енергетичні реакції, без яких не може обійтися ні бактерія, ні рослина, ні людина). Якщо цитохроми і так вміють проводити електрони, чому б їм не попрацювати на відведення електронного потоку назовні?
Однак кілька років тому співробітники Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії опублікуванні статтю, в якій стверджували, що, принаймні, у бактерії G. sulfurreducens електричні дроти складаються з білка піліна, який утворює вирости-пілі або ворсинки. Пили різних типів є у багатьох бактерій, і функцій у пилків теж багато, чому б їм і струм не проводити? Тим більше, що структура ворсинки, складеної їх безлічі молекул піліна, ніби це дозволяла: теоретично електрони могли б перескакувати у ворсинках від одних ароматичних амінокислот до інших.
Минув ще якийсь час, і ось днями в журналі Cell з'явилася робота дослідників з Єля і Віргінського університету, які вирішили уважніше придивитися до електропровідних ворсинків-пилків G. sulfurreducens. І виявилося, що ці ворсинки зроблені все ж не з пилина, а з одного з білків-цитохромів - OmcS. Всі цитохорами містять гем - своєрідну молекулу в молекулі, а гем, у свою чергу, містить атом заліза. Гем із залізом допомагає цитохромам приймати електрони і передавати їх далі - тому, хто готовий їх прийняти.
Одна молекула OmcS утримує шість гемів. При цьому у цитохромових ниток G. sulfurreducens особлива структура: молекули білків розгорнуті так, щоб геми були в центрі ниток і стояли поруч один з одним у певній орієнтації - щоб електронам було недалеко стрибати між ними. В результаті виходить щось на зразок справжнього проводу, у якого металева проводиться частина обгорнута в ізолюючу обмотку, тільки тут роль провідної частини відіграють геми з залізом, а роль ізоляції - білкова частина цитохромових молекул.
Інтерес до G. sulfurreducens та інших представників геобактерів цілком зрозумілий - можливо, їх білкові дроти можна якось використовувати в новітній електроніці. Крім того, як ми говорили на початку, геобактери видобувають енергію з таких речовин, які часто виявляються забруднювачами середовища, тому, можливо, ці бактерії можна пристосувати до екологічного очищення ґрунту і води.