Wanneer de Shewanella oneidensis-bacterie bepaalde metaal- en zwavelverbindingen anaëroob "ademt", de manier waarop een aëroob organisme zuurstof zou verwerken, het produceert materialen die kunnen worden gebruikt om elektronica te verbeteren, elektrochemische energieopslag, en apparaten voor het afleveren van medicijnen.

Het vermogen van deze bacterie om molybdeendisulfide te produceren - een materiaal dat gemakkelijk elektronen kan overbrengen, zoals grafeen - is de focus van onderzoek gepubliceerd in Bio-interfasen door een team van ingenieurs van het Rensselaer Polytechnic Institute.

"Dit heeft een serieus potentieel als we dit proces kunnen begrijpen en aspecten kunnen beheersen van hoe de bacteriën deze en andere materialen maken, " zei Shayla Sawyer, een universitair hoofddocent elektriciteit, computer, en systeemtechniek bij Rensselaer.

Het onderzoek werd geleid door James Rees, die momenteel een postdoctoraal onderzoeksmedewerker is bij de Sawyer-groep in nauwe samenwerking en met de steun van het Jefferson Project at Lake George - een samenwerking tussen Rensselaer, IBM-onderzoek, en The FUND for Lake George, dat pioniert met een nieuw model voor monitoring en voorspelling van het milieu. Dit onderzoek is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van een nieuwe generatie nutriëntensensoren die kunnen worden ingezet op meren en andere waterlichamen.

"We vinden dat bacteriën die zijn aangepast aan specifieke geochemische of biochemische omgevingen kunnen creëren, in sommige gevallen, zeer interessante en nieuwe materialen, "Zei Rees. "We proberen dat in de elektrotechnische wereld te brengen."

Rees verrichtte dit pionierswerk als afstudeerstudent, mede geadviseerd door Sawyer en Yuri Gorby, de derde auteur van dit artikel. In vergelijking met andere anaërobe bacteriën, een ding dat Shewanella oneidensis bijzonder ongebruikelijk en interessant maakt, is dat het nanodraden produceert die elektronen kunnen overbrengen.

"Dat leent zich om verbinding te maken met elektronische apparaten die al gemaakt zijn, "Zei Sawyer. "Dus, het is de interface tussen de levende wereld en de door de mens gemaakte wereld die fascinerend is."

Sawyer en Rees vonden ook dat, omdat hun elektronische handtekeningen in kaart kunnen worden gebracht en gecontroleerd, bacteriële biofilms kunnen ook fungeren als een effectieve sensor voor voedingsstoffen die onderzoekers van het Jefferson Project belangrijke informatie kan geven over de gezondheid van een aquatisch ecosysteem zoals Lake George.

"Dit baanbrekende werk met behulp van bacteriële biofilms vertegenwoordigt het potentieel voor een opwindende nieuwe generatie 'levende sensoren, ' wat ons vermogen om overtollige voedingsstoffen in waterlichamen in realtime te detecteren volledig zou veranderen. Dit is van cruciaal belang voor het begrijpen en verminderen van schadelijke algenbloei en andere belangrijke problemen met de waterkwaliteit over de hele wereld, " zei Rick Relyea, directeur van het Jefferson-project.

Sawyer en Rees zijn van plan om te blijven onderzoeken hoe deze bacterie optimaal kan worden ontwikkeld om zijn brede potentiële toepassingen te benutten.

"We krijgen wel eens de vraag bij het onderzoek:waarom bacteriën? Of, waarom microbiologie in de materiaalwetenschap opnemen?', zei Rees. 'De biologie heeft zo'n lange reeks materialen uitgevonden door middel van vallen en opstaan. De composieten en nieuwe structuren die door menselijke wetenschappers zijn uitgevonden, zijn bijna een druppel op een gloeiende plaat vergeleken met wat de biologie heeft kunnen doen."