Zvláštní bakterie umí vyrábět elektrické dráty. Začíná doba bioelektronická?

Jak je to s elektřinou v živých organismech?

Většina živých organismů přenáší elektrický náboj pomocí iontů. Vápník, draslík, protony. Ale jen velmi zřídka najdeme v biologii přenos elektronů. V běžném životě jsme obklopeni technologiemi postavenými na přenosu elektronů, ale zdá se, že v biologii to běžné není. Až asi před dvaceti lety byli objeveni mikrobi, kteří vyrábějí dráty z proteinů. Přenášejí elektrony na poměrně dlouhou vzdálenost.

Kde žijí takové speciální bakterie?

Většina z těch, o kterých víme, žije v prostředí bez kyslíku. Například v usazeninách na dně řek, jezer a moří. Mohou ale žít i v kapsách bez kyslíku v půdě, nebo dokonce v těle savců včetně lidí.

Čtěte také

Magazín Experiment: Jaká je budoucnost biočipů? A budeme si brzy dělat řidičák ve virtuální realitě?

K čemu používají elektřinu?

Dýchají s tím, používají elektronické spojení k dýchání. Živé organismy potřebují mimo jiné energii a tu získávají skrze elektrony. My je získáváme třeba z cukrů nebo jiných potravin, pak z nich v různých proteinech odebíráme energii, a nakonec je musíme někam uložit, jinak bychom byli nabití jako elektrický generátor. My je ukládáme v kyslíku, ale tyhle bakterie nedýchají kyslík. Místo toho elektrony odvedou pryč z buňky a uloží je do nerostů v usazeninách v okolním prostředí.

Jak by se ta schopnost dala využít?

V naší laboratoři se zajímáme o materiály, které se mohou stát elektronickými součástkami, například senzory – protein, který bude citlivý na znečištění ve vodě nebo na toxin ve vzorku krve a který vysílá elektrické signály. Nebo bychom naopak použili proteiny k tomu, aby plnily nějakou chemickou úlohu a poháněli bychom je elektřinou zvenčí, třeba ze slunečních panelů. Pak by elektřinu ukládaly třeba do chemického paliva.

Myšlenka těchto nových materiálů je překládat signály mezi živým světem a světem elektroniky.
Allon Hochbaum, biomateriálový výzkumník z Kalifornské univerzity v Irvine

Když to shrnu – přemosťují živou přírodu a svět technologií?

Přesně tak. Biologie funguje na chemických nebo iontových signálech, ale to, čím se obklopujeme, jede na elektronických signálech. Myšlenka těchto nových materiálů je překládat signály mezi živým světem a světem elektroniky.

Jak by se mohly takové bioelektronické díly vyrábět?

Ve výzkumu, který právě děláme, většinou pěstujeme bakterie schopné přirozeně vytvářet proteinové dráty. Ty potom vyčistíme a používáme je k experimentům nebo z nich vyvíjíme zařízení. Potíž je, že rostou jen velice pomalu a bez přístupu kyslíku, což je nešikovné. Je těžké dělat to ve velkém. Naším cílem je, aby to uměly i organismy, se kterými se snáze pracuje. Třeba ty, které se už používají v biotechnologické výrobě v průmyslovém měřítku.

Čtěte také

Bílkoviny z medúz otvírají vědcům nové možnosti. Pomoct by mohly i s hledáním náhrady za inzulin

Jako bakterie, které vyrábějí inzulín a další léky – naučily by se dělat elektroniku?

Jenže ještě pořádně nevíme, jak ty naše bakterie dráty dělají. Máme nějaké indicie, ale ještě nemáme kompletní plány, podle kterých bychom to mohli naučit běžné laboratorní organismy. Neznáme všechny geny, které jsou za to zodpovědné. Abychom dostali jeden drát, k tomu je nutně zapotřebí spousta proteinů. Až pochopíme, jak ta skládačka funguje, pokusíme se ji přestěhovat do poddajnějšího organismu, který můžeme pěstovat ve velkém.

Pokud se podaří dělat proteinové dráty, budou trvanlivé jako elektronika, nebo se budou kazit jako přírodní materiály – jako proteiny v jídle?

Ideálně by měly být odolné. Dosud víme, že je obtížné je poškodit. Myslíme si, že by šly používat podobně jako vrstvy umělé hmoty. Že bude možné je v roztoku natírat na povrchy nebo tisknout, že to bude něco jako kapalný inkoust.