(PhysOrg.com) -- Sommige bacteriën laten elektrisch haar groeien waardoor ze zich kunnen verbinden in grote biologische circuits, volgens een biofysicus van de University of Southern California en zijn medewerkers.

De bevinding suggereert dat microbiële kolonies kunnen overleven, communiceren en delen energie gedeeltelijk via elektrisch geleidende haren die bekend staan ​​als bacteriële nanodraden.

"Dit is de eerste meting van elektronentransport langs biologische nanodraden geproduceerd door bacteriën, " zei Mohamed El-Naggar, universitair docent natuurkunde en sterrenkunde aan het USC College of Letters, Kunsten en Wetenschappen.

El-Naggar was de hoofdauteur van een studie die volgende week online verscheen in Proceedings van de National Academy of Sciences.

Weten hoe microbiële gemeenschappen gedijen, is de eerste stap in het vinden van manieren om schadelijke kolonies te vernietigen, zoals biofilms op tanden. Biofilms zijn zeer resistent gebleken tegen antibiotica.

Dezelfde kennis zou kunnen helpen bij het bevorderen van nuttige kolonies, zoals die in bacteriële brandstofcellen in ontwikkeling bij USC en andere instellingen.

"De stroom van elektronen in verschillende richtingen is nauw verbonden met de metabolische status van verschillende delen van de biofilm, "Zei El-Naggar. "Bacteriële nanodraden kunnen zorgen voor de noodzakelijke verbindingen... voor het voortbestaan ​​van een microbieel circuit."

Een bacteriële nanodraad ziet eruit als een lange haar die uit het lichaam van een microbe steekt. Zoals mensenhaar, het bestaat voornamelijk uit eiwitten.

Om de geleidbaarheid van nanodraden te testen, de onderzoekers kweekten culturen van Shewanella oneidensis MR-1, een microbe die eerder werd ontdekt door co-auteur Kenneth Nealson, Wrigley hoogleraar Geobiologie aan het USC College.

Shewanella heeft de neiging om nanodraden te maken in tijden van schaarste. Door de groeiomstandigheden te manipuleren, de onderzoekers produceerden bacteriën met overvloedige nanodraden.

De bacteriën werden vervolgens afgezet op een oppervlak bezaaid met microscopisch kleine elektroden. Toen een nanodraad over twee elektroden viel, het sloot het circuit, waardoor een meetbare stroom kan vloeien. De geleidbaarheid was vergelijkbaar met die van een halfgeleider - bescheiden maar significant.

Toen de onderzoekers de nanodraad doorsneden, de stroom van stroom stopte.

Eerdere studies toonden aan dat elektronen over een nanodraad kunnen bewegen, wat niet bewees dat nanodraden elektronen over hun lengte geleiden.

De groep van El-Naggar is de eerste die dit technisch moeilijke maar veelzeggender experiment uitvoert.

Elektriciteit vervoerd op nanodraden kan een reddingslijn zijn. Bacteriën ademen door elektronen te verliezen aan een acceptor - voor Shewanella, een metaal zoals ijzer. (Ademen is een speciaal geval:mensen ademen door elektronen af ​​te staan ​​aan zuurstof, een van de krachtigste elektronenacceptoren.)

Nealson zei over Shewanella:"Als je het geen elektronenacceptor geeft, het sterft. Het sterft vrij snel af."

In sommige gevallen, een nanodraad is misschien het enige middel van een microbe om elektronen te dumpen.

Wanneer een elektronenacceptor in de buurt schaars is, nanodraden kunnen bacteriën helpen elkaar te ondersteunen en hun collectieve bereik naar verre bronnen uit te breiden.

De onderzoekers merkten op dat Shewanella zich zowel aan elektronenacceptoren als aan elkaar hecht, een kolonie vormen waarin elk lid door een keten van nanodraden moet kunnen ademen.

"Dit zou in feite een reactie van de gemeenschap zijn om elektronen over te dragen, " legde El-Naggar uit. "Het zou een vorm van coöperatieve ademhaling zijn."

El-Naggar en zijn team behoren tot de pioniers in een jonge discipline. De term "bacteriële nanodraad" werd in 2006 bedacht. Er zijn minder dan 10 studies over het onderwerp gepubliceerd, volgens co-auteur Yuri Gorby van het J. Craig Venter Institute in San Diego, ontdekker van nanodraden in Shewanella.

Gorby en anderen raakten geïnteresseerd in nanodraden toen ze merkten dat reductie van metalen rond de filamenten leek op te treden. Omdat reductie de overdracht van elektronen naar een metaal vereist, de onderzoekers vermoedden dat de filamenten stroom voerden.

Nanodraden zijn ook voorgesteld als geleidende routes in verschillende microben.

"De huidige hypothese is dat bacteriële nanodraden in feite wijdverbreid zijn in de microbiële wereld, ' zei El Naggar.

Sommigen hebben gesuggereerd dat nanodraden bacteriën kunnen helpen om zowel te communiceren als te ademen.

Van bacteriekolonies is bekend dat ze informatie delen door de langzame diffusie van signaalmoleculen. Nealson betoogde dat elektronentransport over nanodraden sneller en beter zou zijn voor bacteriën.

"Je wilt de telegraaf, je wilt geen rooksignalen, " hij zei.

De gemeenschappelijke overlevingsstrategie van bacteriën kan lessen bevatten voor hogere levensvormen.

In een opiniestuk gepubliceerd in Wired in 2009, Gorby schreef:"Het begrijpen van de strategieën voor efficiënte energiedistributie en communicatie in de oudste organismen op de planeet kan dienen als bruikbare analogieën van duurzaamheid binnen onze eigen soort."