Nanotecnologia

Bactéria produz nanofios quase metálicos

Bactéria produz nanofios
Micrografia da Geobacter sulfurreducens criando uma rede de nanofilamentos de proteína que apresentam uma condutividade elétrica comparável à dos fios metálicos.[Imagem: Anna Klimes/Ernie Carbone]

Ceticismo

Em 2005, a equipe do Dr. Derek Lovley anunciou a descoberta de uma forma de transmissão bacteriana de eletricidade que poderia revolucionar as células a combustível.

A bactéria forma projeções, minúsculos filamentos que se assemelham aos nanofios artificiais, sendo capaz de capturar os elétrons que o organismo precisa para viver.

A descoberta, contudo, não foi muito bem recebida por seus pares: os tais nanofios bacterianos foram maldosamente chamados de "super tentáculos" e a pesquisa enfrentou um enorme ceticismo.

De fato, é para impressionar: o que a Geobacter sulfurreducens faz com seus nanofios equivale a um mergulhador respirar com um snorkel de 10 quilômetros de comprimento.

Biológico com comportamento metálico

Agora, contudo, a equipe da Universidade de Massachusetts não precisará de um snorkel para respirar aliviada.

Eles finalmente identificaram o mecanismo que permite que a bactéria transfira os elétrons como se fosse um fio.

Caprichosamente, para desespero dos céticos, o achado é ainda mais impressionante: os "tentáculos" da G. sulfurreducens possuem filamentos de proteína que transportam elétrons como se fossem fios metálicos.

"A capacidade dos filamentos de proteína conduzirem elétrons dessa maneira é uma mudança de paradigma na biologia e tem ramificações para o nosso entendimento dos processos microbianos naturais, assim como implicações práticas para a limpeza do meio ambiente e para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia," comemora o Dr. Lovley.

Talvez mais do que isso. Fios condutores bacterianos podem representar uma ferramenta de valor inestimável para a nanotecnologia e a bioeletrônica, criando circuitos que façam interfaces com sistemas biológicos e circuitos eletrônicos que dispensem muitos dos nanomateriais tóxicos.

Condução sem saltos

O que os cientistas descobriram agora é que as cadeias de proteínas conduzem os elétrons ao longo do seu comprimento, o que permite que elas sejam tão boas condutoras de eletricidade quanto os polímeros condutores usados pela emergente eletrônica orgânica.

Até agora se acreditava que a transferência de elétrons nas bactérias se fizesse por meio de outras proteínas, conhecidas como citocromos - os elétrons iriam pulando de citocromo em citocromo.

Os pesquisadores desbancaram essa hipótese eliminando os citocromos do filamento, demonstrando que os elétrons movem-se de forma suave, sem qualquer salto. A geobactéria funciona de fato como um fio metálico biológico.

Na natureza, a geobactéria usa seus nanofios microbianos para transferir elétrons para óxidos ferrosos, materiais naturais semelhantes à ferrugem. Esses óxidos são o oxigênio dessas bactérias.

Transístor biológico

Muitos dos nanomateriais produzidos hoje dependem de metais raros e caros. Os cientistas agora demonstraram que a geobactéria é uma alternativa natural e barata.

Eles demonstraram que é possível ajustar o nível de transmissão elétrica dos nanofios aplicando uma tensão externa - ou seja, em princípio, o biofilme pode funcionar como um transístor biológico.

"Eu vejo os nanofios nesse biofilme como um novo material, apenas com o detalhe de que ele é feito pela natureza," disse o físico Mark Tuominen, que participou da pesquisa.

"É entusiasmante que esse material possa fazer a ponte entre a eletrônica de estado sólido e os sistemas biológicos. Ele é biocompatível de uma forma nunca vista antes," conclui.

Bibliografia:

Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks
Nikhil S. Malvankar, Madeline Vargas, Kelly P. Nevin, Ashley E. Franks, Ching Leang, Byoung-Chan Kim, Kengo Inoue, Tünde Mester, Sean F. Covalla, Jessica P. Johnson, Vincent M. Rotello, Mark T. Tuominen, Derek R. Lovley
Nature Nanotechnology
7 August 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.119




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