在海底深处，微小的细菌通过细长的通气管“呼出”电，现在，科学家们发现了如何开关这些微生物的电呼吸。

研究人员在周三(9月1日)发表在《自然》(Nature)杂志上的一项新研究中称，这些奇怪的细菌依赖于两种蛋白质，它们结合在一起形成一种毛发状的结构，称为菌毛。许多菌毛位于细菌膜的下方，帮助将通气管推出细胞，进入周围环境，从而允许微生物呼吸。

这一发现不仅揭示了细菌生物学中一些意想不到的东西，还可能为新技术铺平道路，从强大的微生物动力电池到细菌感染的新医疗方法，资深作者Nikhil Malvankar说，耶鲁大学微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学助理教授告诉Live Science。

这种细菌属于地杆菌属，在世界各地都能找到，它们生长在地下深处完全缺乏氧气的土壤中。人类依靠氧气将食物转化为可用的能量，并吸收新陈代谢过程中剩下的电子。如果剩余的电子聚集在一起，它们会很快对身体产生毒性，Malvankar说。

就像人类一样，Geobacter微生物在代谢过程中会产生废弃电子，但它们不像我们一样能够获得氧气。因此，为了去除多余的电子，细菌将自己包裹在一层薄薄的导电细丝中，这种细丝被称为纳米线，它可以将电子从微生物中传送到其他细菌或环境中的矿物质中，比如氧化铁。

据《生活科学》杂志之前报道，这些纳米线比人类头发的宽度还小10万倍，可以远距离传输电子，传输距离是原始微生物体长的数百到数千倍。

“在离我100米(328英尺)远的地方，我无法呼吸氧气，”马尔万卡尔说。“不知怎的，这些细菌利用纳米线，就像一个呼吸管，它的大小是它们的100倍，所以它们可以在这么长的距离内呼吸。”这一令人印象深刻的壮举产生了电流，因为电子不断地流过长长的纳米线。

但是，尽管科学家们在21世纪初就发现了这些纳米线，Malvankar和他的同事们直到最近才发现细胞通气管的真正组成部分。最初，科学家们认为纳米线是菌毛。Malvankar说，如果你从Geobacter细菌中删除构建菌毛所需的基因，纳米线就不再出现在它们的表面，这一事实似乎支持了这一观点。

但有一个问题:菌毛蛋白不含任何金属，比如铁，可以导电。马尔万卡尔和他的团队在2019年发表在《细胞》杂志上的一项研究中调查了这一难题，在该研究中，他们使用低温电子显微镜(cryo-EM)检查了地杆菌，这是一种技术，包括让电子束穿过物质，拍摄其组成分子的快照。

“那时我们意识到细菌表面根本没有毛，”Malvankar说。“这是一个大惊喜。”相反，研究小组发现，纳米线是由一种叫做细胞色素的蛋白质组成的，这种蛋白质可以很容易地将电子沿其长度向下转移，因此比菌毛制成的纳米线更好。在2020年发表在《自然化学生物学》杂志上的一项研究中，该团队报告称，这些基于细胞色素的纳米线有多种“口味”，以不同的效率水平导电。

但即使在研究小组揭示了纳米线的化学组成后，菌毛蛋白仍然出现在他们对地杆菌的生化评估中。“如果菌毛不能导电，”真正的问题是，这些菌毛到底有什么作用?他们在哪儿?”Malvankar说。

在他们最新的《自然》研究中，研究小组通过首先删除实验室培养的硫还原土杆菌的纳米线基因，更仔细地观察了这些菌毛的结构。毛通常会被纳米线堵塞，所以如果没有这些结构的阻碍，毛发一样的突起就会从细胞表面长出来。这让研究小组有机会用冷冻电镜检查毛，发现每根头发中都有两种不同的蛋白质——皮拉- n和皮拉- c。

研究小组还对菌毛的导电性能进行了测试，发现“它们移动电子的速度比OmcZ慢2万倍”，Malvankar说，OmcZ是构成Geobacter纳米线的细胞色素蛋白;“它们并不是用来移动电子的。”

研究小组注意到，尽管如此，菌毛看起来可能有不同的功能。在其他细菌种类中，一些菌毛位于细胞膜之下，像微小的活塞一样移动;这种运动让它们推动蛋白质穿过细胞膜，向上并冲出细胞。例如，根据《自然结构与分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志2010年的一篇报道，导致腹泻疾病霍乱的霍乱弧菌(Vibrio cholerae)利用这种菌毛分泌霍乱毒素。在一系列的实验中，研究小组确定，Geobacter的菌毛发挥了类似的作用，它们帮助推动纳米线穿过微生物膜。

Malvankar说:“我们发现当活塞蛋白不存在时，细胞色素被卡在细菌内部。”“当我们把基因放回去时，细胞色素就能从细菌中出来。”研究小组得出结论，这就是细菌的开关。

展望未来，研究人员计划调查有多少其他类型的细菌可以制造纳米线并利用它们来呼吸电力。他们还对探索研究的实际应用感兴趣。

据《生活科学》杂志此前报道，十多年来，研究人员一直在使用Geobacter菌落为小型电子设备供电，但到目前为止，这些细菌电池只能产生少量的电力。在过去的研究中，Malvankar和他的团队发现，在电场的影响下，蜂群可以变得更导电，这有助于提高这些设备的功率;现在，198彩除了有时时彩，分分彩，11选5时时彩定位胆技巧，江苏快三，还有新上线的瑞士分分彩，只有你想的到的我们都有。，这项新的研究可以为科学家提供另一种程度的控制，通过允许他们打开或关闭电源。

Malvankar说，这项研究还可以应用于医学，特别是细菌感染的治疗。例如，198彩平台黑钱吗，从没听过198彩黑钱的消息198彩娱乐，一直以来198彩票平台官网打的旗号就是不黑钱，信誉好，技术666，游戏彩种丰富，据《生活科学》杂志之前报道，沙门氏菌能够在肠道中超过有益细菌的生长，因为它可以从发酵(在不需要氧气的情况下缓慢产生能量)转换到呼吸(在通常需要氧气的情况下快速产生能量)。在肠道的低氧环境中，198才手机APP198彩票平台开户开发人员近期宣布，新版手机版将在下月全新上线并免费提供下载网址，欢迎各位198彩票注册网民来试验。，沙门氏菌使用一种叫做四硫代酸盐的化合物作为氧气的替代品，从而击败了体内的有益细菌。

但如果这些有益的细菌能起作用呢?从理论上讲，如果你给细菌配备纳米线，并将它们引入肠道，作为一种益生菌治疗，它们可能会击败沙门氏菌等有害病原体，Malvankar说。Malvankar和他的同事正在研究这种潜在的治疗过程，但工作仍处于早期阶段。