کشف باکتری ای که مانند سیم برق الکترون ها را منتقل می نماید - بلاگ پو

برخلاف بسیاری از میکروارگانیسم ها که توانایی های زیستی آن ها در سطح میکروسکوپی باقی می ماند، این گونه ٔ خاص می تواند الکترون ها را در فواصل نسبتاً طولانی و به صورت زنجیره ای از سلول ها منتقل کند؛ پدیده ای که بیشتر ما آن را از سیم های فلزی یا رساناهای صنعتی انتظار داریم. این قابلیت، هم از نظر بیولوژیکی و هم از نظر مهندسی، پتانسیلی فوق العاده برای آینده دارد.

کابل های زنده؛ همکاری جمعی برای بقا در محیطی چالش برانگیز

این نوع از باکتری ها، که به طور کلی با عنوان کابل باکتری ها (Cable Bacteria) شناخته می شوند، توانسته اند راه حلی خلاقانه برای زنده ماندن در محیط هایی با سطح اکسیژن ناپایدار بیابند. آن ها در محیط های رسوبی زندگی می نمایند؛ جایی که اکسیژن تنها در لایه های سطحی وجود دارد و اعماق آن سرشار از ترکیباتی همانند سولفید (Sulfide) است.

سازوکار این باکتری ها بر پایهٔ تقسیم کار در سطح سلولی است. سلول های عمیق تر با اکسید کردن سولفید، الکترون فراوری می نمایند و سپس این الکترون ها را به وسیله زنجیره ای به هم پیوسته از سلول ها به سطحی که اکسیژن در آن موجود است منتقل می نمایند. در آن جا، سلول های سطحی با استفاده از اکسیژن (Oxygen) یا نیترات (Nitrate) به عنوان گیرندهٔ نهایی، واکنش را به انتها می رسانند.

این انتقال الکترونی در فواصلی به طول چندین سانتی متر رخ می دهد؛ فاصله ای چشم گیر برای دنیای باکتری ها. به بیان دیگر، این موجودات زنده خود را به یک سیستم زندهٔ انتقال انرژی تبدیل نموده اند که در آن هر بخش نقش حیاتی خاصی را ایفا می نماید.

ویژگی های ساختاری منحصر به فرد باکتری تازه کشف شده

اما آن چه Ca. Electrothrix yaqonensis را از دیگر اعضای خانواده اش متمایز می سازد، ساختار ویژه و ترکیبات مولکولی بی سابقه ای است که در آن یافت شده اند. این باکتری، که به عنوان یک شاخهٔ ابتدایی در شاخهٔ Ca. Electrothrix در نظر گرفته می گردد، دارای ویژگی های متابولیکی منحصر به فردی ست که پیش تر در هیچ یک از کابل باکتری ها مشاهده نشده بود.

یکی از معینه های شاخص این گونه، وجود شِیارهای سطحی (Surface Ridges) عمیق است که تا سه برابر برجسته تر از نمونه های قبلی گزارش شده اند. این شیارها ساختارهایی رسانا را در خود جای داده اند که از مولکول های نیکل پایه (Nickel-Based Molecules) تشکیل شده اند. این الیاف نیکل که در لایه های سطحی باکتری جای دارند، نقشی کلیدی در رسانایی بالای الکترونی ایفا می نمایند.

بعلاوه مشاهده شده است که این باکتری هنگام تشکیل زنجیره های چندسلولی، یک پوستهٔ بیرونی (Extracellular Sheath) ترشح می نماید که ساختار الکتریکی را تقویت نموده و نوعی ثبات مکانیکی به این ساختار می دهد.

آنالیز های علمی جامع با ابزارهای پیشرفته

تیم پژوهشی بین المللی به سرپرستی دکتر انور هیرالال (Anwar Hiralal) از دانشگاه آنتورپ در بلژیک، برای تحلیل این موجود از مجموعه ای از تکنیک های پیشرفته مانند تحلیل ژنومی (Genomic Analysis)، مطالعهٔ ساختاری میکروسکوپی (Morphological Characterization)، طیف سنجی (Spectroscopy) و مقدار گیری های الکتریکی (Electrical Characterization) استفاده نموده اند.

نتایج این پژوهش نه تنها نشان داد که این گونه از نظر ژنتیکی به دو جنس اصلی خانواده کابل باکتری ها شباهت دارد، بلکه تفاوت های ساختاری آن نیز به وضوح معین شد. این یافته ها در کنار هم نشان می دهند که Ca. Electrothrix yaqonensis می تواند حلقهٔ میانی گمشده ای باشد که درک ما از مسیر تکاملی این گروه را کامل تر می نماید.

گشایش افق های تازه در فناوری های زیستی و زیست محیطی

قابلیت های این باکتری تنها در شگفت زدگی زیست شناسان خلاصه نمی گردد؛ بلکه دانشمندان معتقدند این موجود می تواند به عنوان الگویی برای طراحی نسل آیندهٔ زیست الکترونیک ها (Bioelectronics) مورد استفاده قرار گیرد. الگوگیری از پروتئین های رسانای نیکل پایه ای که در ساختار این باکتری دیده می گردد، می تواند راه را برای فراوری ابزارهای زیستی جدیدی باز کند که هم مقرون به صرفه تر و هم سازگارتر با محیط زیست هستند.

از سوی دیگر، توانایی این باکتری در انتقال الکترون و انجام واکنش های کاهش ـ اکسایش (Redox Reactions) می تواند برای پاکسازی محیط های آلوده (Environmental Remediation) کاربرد داشته باشد. به ویژه در رسوبات و خاک هایی که آلاینده های سمی دارند، استفاده از این باکتری ها می تواند راهی طبیعی، مؤثر و کم هزینه برای ترمیم محیط زیست باشد.

نتیجه گیری: یک کشف، چندین مسیر نوآورانه

کشف باکتری Ca. Electrothrix yaqonensis نه تنها ما را با گونه ای تازه و متفاوت از زندگی میکروبی آشنا می نماید، بلکه افق هایی تازه در زمینه های گوناگون از جمله زیست شناسی فرگشتی، فناوری های رسانا، و پروژه های زیست محیطی می گشاید. این گونهٔ تازه با ساختار شیمیایی منحصربه فرد، شیارهای رسانای نیکل پایه، و عملکرد بی نظیر در انتقال انرژی، گواهی ست بر تنوع پیچیده و هوشمندانه حیات در زمین.

پژوهشگران می گویند این تنها شروع راه است؛ چرا که با آنالیز های بیشتر روی این باکتری و دیگر اعضای خانواده کابل باکتری ها، ممکن است فناوری هایی الهام گرفته از طبیعت شکل بگیرند که دنیا را تغییر دهند.

منبع: Applied and Environmental Microbiology