Nature：隐藏的细菌毛发为自然界的“电网”提供动力

耶鲁大学的研究人员在《自然》杂志上报告说，一种隐藏在细菌内部的毛发状蛋白质充当了自然界“电网”的某种开关，“电网”是由细菌产生的纳米线组成的全球网络，渗透到所有无氧土壤和深海海床。耶鲁大学西校区微生物科学研究所(Microbial Sciences Institute at Yale 's West Campus)分子生物物理学和生物化学助理教授、论文的资深作者尼克希尔·马尔万卡尔(Nikhil Malvankar)说:“我们脚下的土地，整个地球，都是由电线连接起来的。”“这些以前隐藏的细菌毛发是控制纳米线释放的分子开关，纳米线构成了自然的电网。”

　　

   

    

隐藏在细菌中的蛋白质在缺乏氧气的时候泵出纳米线，这本质上是“呼出”电子

资料来源:耶鲁大学Nikhil Malvankar

耶鲁大学西校区微生物科学研究所(Microbial Science Institute at Yale 's West Campus)分子生物物理学和生物化学助理教授Nikhil Malvankar说:“我们脚下的土地，整个地球，都是由电线连接起来的。这些以前隐藏的细菌毛发是控制纳米线（nanowires）释放的分子开关，纳米线构成了自然的电网。”

几乎所有的生物在将营养物质转化为能量时，都需要呼吸氧气来清除多余的电子。然而，由于无法获得氧气，生活在海洋深处或埋在地下数十亿年的土壤细菌已经发展出一种通过“呼吸矿物质”来呼吸的方式，这个过程需要通过被称为纳米线的微小蛋白质丝。

埋在细菌中的两种蛋白质，在缺氧的情况下，会泵出纳米线，这实际上是“呼出”电子。科学家们正在寻求利用这种天然电网来发电、生产新的生物燃料，甚至是自我修复的电子元件。（相关视频:https://youtu.be/8_gEVyt17xw）

然而，这些土壤细菌是如何利用纳米线来呼出电的，这仍然是个谜。自2005年以来，科学家们一直认为纳米线是由一种被称为“pili”(拉丁语中是“毛发”)的蛋白质组成的，许多细菌在它们的表面都有这种蛋白质。然而，在2019年和2020年发表的研究中，由Malvankar领导的一个团队发现，纳米线是由完全不同的蛋白质组成的。Malvankar说:“这对该领域的每个人来说都是一个惊喜，这对数千篇关于pili的论文出版物提出了质疑。”

在这项新研究中，研究生Yangqi Gu和Vishok Srikanth使用低温电子显微镜揭示了这种菌毛结构是由两种蛋白质组成的。菌毛本身并没有充当纳米线，而是隐藏在细菌内部，像活塞一样将纳米线插入环境中。以前没有人怀疑过这样的结构。“

作者表示，了解细菌是如何制造纳米线的，将使科学家能够调整细菌来执行一系列功能——从抗击致病性感染或生物危害废物到创造活的电路。它还将帮助科学家寻求利用细菌发电、制造生物燃料，甚至开发自我修复的电子产品。

参考文献
Structure of Geobacter pili reveals secretory rather than nanowire behaviour