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細菌製造的納米線為應對氣候變化提供重要線索

細菌製造的納米線為應對氣候變化提供重要線索

2023-02-04 Comments 0 Comment

快速的全球變暖對地球上的生命構成了嚴重和直接的威脅。氣溫的上升部分是由大氣中的甲烷造成的,甲烷捕獲熱量的能力是二氧化碳的30倍。微生物產生了這種甲烷的一半,隨著溫度的持續上升,微生物的生長速度加快,導致溫室氣體的產量高於植物所能吸收的水平。這削弱了地球作為碳彙的能力,導致全球氣溫上升。

Geobacter-Nanowires-1373x1536.webp

由Geobacter產生的”納米線”,對施加在產電生物膜上的電場作出反應。這些納米線由細胞色素OmcZ組成,與自然環境中重要的細胞色素OmcS的納米線相比,顯示出1000倍的導電性和3倍的剛度,使細菌能夠傳輸超過100倍的電子。資料來源:Sibel Ebru Yalcin

這種惡性循環的一個潛在解決方案可能是另一種微生物,它可以吃掉保護地球的海洋沉積物中高達80%的甲烷通量。微生物如何既作為甲烷的最大生產者,又作為甲烷的消費者,一直是個謎,因為它們在實驗室中非常難以研究。

在《自然-微生物學》雜誌上,由耶魯大學微生物科學研究所分子生物物理學和生物化學的顧楊琪和Nikhil Malvankar領導的一個團隊報告了一種與吃甲烷的微生物使用的蛋白質高度相似的驚人的線狀特性。

該團隊此前已經表明,這種蛋白質納米線顯示出迄今為止已知的最高導電性,允許任何細菌產生最高的電力。但迄今為止,沒有人發現細菌是如何製造它們的,以及為什麼它們顯示出如此極高的導電性。

利用低溫電子顯微鏡,研究團隊能夠看到納米線的原子結構,並發現赫姆斯緊密包裝,以超高的穩定性快速移動電子。這也解釋了這些細菌如何在沒有類似氧氣的膜消化分子的情況下生存,並形成可以發送超過100倍細菌大小的電子區域,團隊還通過合成方法建造了納米線,以解釋細菌如何按需製造納米線。

Malvankar說:”我們正在利用這些細胞色素線來發電,並通過了解食甲烷的微生物如何使用類似的細胞色素線來應對氣候變化。”

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