محققان دانشگاه ییل باکتری‌هایی را کشف کردند که از نور برای تنفس بهتر استفاده می‌کنند. دنیای طبیعی شبکه الکتریکی خاص خود را دارد که از شبکه‌ای جهانی از نانوسیم های کوچک ساخته شده توسط باکتری‌های موجود در خاک و اقیانوس‌ها تشکیل شده است. این باکتری‌ها با استفاده از الکترون‌های اضافی تنفس می‌کنند.
در یک مطالعه جدید، تیمی از محققان دانشگاه ییل دریافتند که نور یک ابزار بسیار موثر در تقویت این فعالیت الکترونیکی در باکتری‌های بیوفیلمی است. آن‌ها دریافتند که نانوسیم‌های تولید شده توسط باکتری‌ها زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرند، رسانایی الکتریکی آن‌ها تا ۱۰۰ برابر افزایش می‌یابد. زیست لایه توسط گروه‌های مختلفی از باکتری‌ها ساخته می‌شود و در پزشکی و صنعت از اهمیت بالایی برخوردارند.
نیکیل ملوانکار، استادیار بیوفیزیک مولکولی و بیوشیمی در مؤسسه علوم میکروبی دانشگاه ییل و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: افزایش شدید جریان در نانوسیم‌هایی که در معرض نور قرار می‌گیرند، یک جریان نوری پایدار و قوی را نشان می‌دهد که برای ساعت‌ها باقی می‌ماند.
اکنون دانشمندان به دنبال استفاده حداکثری از این کشف جدید و یافتن کاربرد‌هایی برای آن، مانند حذف زباله‌های خطرناک زیستی و ایجاد منابع سوخت تجدیدپذیر جدید هستند.
معمولاً موجودات زنده هنگام تبدیل مواد مغذی به انرژی، اکسیژن تنفس می‌کنند تا از شر الکترون‌های اضافی خلاص شوند. با این حال، باکتری‌های خاکی که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند یا طی میلیارد‌ها سال در زیر زمین مدفون شده‌اند، به این اکسیژن ارزشمند دسترسی ندارند؛ بنابراین آن‌ها راهی را برای تنفس با “تنفس مواد معدنی” از طریق رشته‌های پروتئینی ریز به نام نانوسیم ابداع کردند.
محققان دریافتند که وقتی این باکتری‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند، جریان الکتریکی به طرز شگفت‌آوری افزایش می‌یابد. این پدیده به این دلیل است که بیشتر باکتری‌های آزمایش شده در عمق خاک و دور از دسترس نور وجود دارند.
در این مطالعه جدید، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ییل به سرپرستی محقق فوق دکتری، ینس نو و دانشجوی فارغ‌التحصیل کاترین شیپس به این نتیجه رسیدند که یک پروتئین حاوی فلز به نام سیتوکروم OMCs، که نانوسیم‌های باکتریایی را می‌سازد، به عنوان رسانای نور طبیعی عمل می‌کند. هنگامی‌که بیوفیلم‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند، نانوسیم‌ها انتقال الکترون را بسیار تسهیل می‌کنند.
نیکیل ملوانکار، نویسنده ارشد این مقاله گفت: «این شکل کاملاً متفاوتی از فتوسنتز است. در اینجا، نور به دلیل انتقال سریع الکترون بین نانوسیم‌ها، تنفس باکتری‌ها را تسریع می‌کند.»
محققان اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه می‌توان از این بینش در مورد هدایت الکتریکی باکتری‌ها برای تحریک رشد در اپتوالکترونیک و جذب متان، گاز گلخانه‌ای که به عنوان عامل مهمی در تغییرات آب و هوایی جهانی شناخته می‌شود، استفاده کرد.