幾乎所有生物在將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量時(shí)都會(huì)呼吸氧氣以去除多余的電子。然而，在沒(méi)有氧氣的情況下，生活在海洋深處或埋在地下數(shù)十億年的土壤細(xì)菌已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種通過(guò)“呼吸礦物質(zhì)”呼吸的方法，例如浮潛，通過(guò)稱為納米線的微小蛋白質(zhì)細(xì)絲。
埋藏細(xì)菌中的兩種蛋白質(zhì)缺乏氧氣，會(huì)泵出納米線，從而“呼出”電子?？茖W(xué)家們正在尋求利用這種自然電網(wǎng)來(lái)發(fā)電、新的生物燃料，甚至是自我修復(fù)的電子元件。然而，這些土壤細(xì)菌如何使用納米線呼出電，仍然是個(gè)謎。自 2005 年以來(lái)，科學(xué)家們一直認(rèn)為納米線是由一種稱為“菌毛”(拉丁語(yǔ)中的“頭發(fā)”)的蛋白質(zhì)組成，許多細(xì)菌都顯示在其表面。然而，在2019 年和2020 年發(fā)表的研究中，由 Malvankar 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)表明，納米線是由完全不同的蛋白質(zhì)組成的。“這讓該領(lǐng)域的每個(gè)人都感到驚訝，對(duì)成千上萬(wàn)關(guān)于菌毛的出版物提出了質(zhì)疑，”馬爾萬(wàn)卡說(shuō)。
在這項(xiàng)新研究中，研究生 Yangqi Gu 和 Vishok Srikanth 使用冷凍電子顯微鏡揭示了這種菌毛結(jié)構(gòu)是由兩種蛋白質(zhì)組成的，菌毛本身并沒(méi)有作為納米線，而是隱藏在細(xì)菌內(nèi)部，像活塞一樣，推動(dòng)納米線進(jìn)入環(huán)境。以前沒(méi)有人懷疑過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)。
這組作者說(shuō)，了解細(xì)菌如何產(chǎn)生納米線將使科學(xué)家能夠定制細(xì)菌以執(zhí)行許多功能——從對(duì)抗病原體感染或生物危害廢物到創(chuàng)建活電路。它還將幫助尋求使用細(xì)菌發(fā)電、制造生物燃料甚至開(kāi)發(fā)自我修復(fù)電子設(shè)備的科學(xué)家。
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