In het laatste artikel van het Geobacter Lab onder leiding van microbioloog Derek Lovley van de Universiteit van Massachusetts Amherst, hij en collega's rapporteren "een grote vooruitgang" in de zoektocht naar elektrisch geleidende eiwit-nanodraden in de bacterie Geobacter zwavelreducens voor gebruik als chemische en biologische sensoren. Details verschijnen in het huidige nummer van het tijdschrift American Chemical Society, ACS synthetische biologie .

Elektrisch geleidende eiwit-nanodraden gevonden in Geobacter zijn al enkele jaren onderwerp van intensief onderzoek in zijn laboratorium, Leuke notities, omdat ze zoveel voordelen bieden ten opzichte van dure siliciumnanodraden en koolstofnanobuizen die giftige chemicaliën en hoge energieprocessen nodig hebben om te produceren.

Daarentegen, De nanodraden van Geobacter kunnen duurzaam in massa worden geproduceerd en worden gekweekt met hernieuwbare grondstoffen. Ze vereisen een lage energie-input - volgens een schatting kost het 100 keer minder energie om ze te produceren dan silicium nanodraden - en ze kunnen worden gerecycled, merkt de microbioloog op. Eiwit nanodraden zijn gevoeliger, dunner en flexibeler dan siliconendraden, zodat er meer in een kleinere ruimte kan worden verpakt, met betere detectiemogelijkheden. Ze zijn ook stabiel in water of lichaamsvloeistoffen, een belangrijk kenmerk voor biomedische toepassingen.

Lief, die meer dan 30 jaar geleden de elektriciteitgeleidende microben in de modder van de Potomac-rivier ontdekte, zegt, "In ons vorige onderzoek hebben we ons gericht op het afstemmen van de geleidbaarheid van de draden door het gen voor het eiwit dat Geobacter in de draad assembleert te modificeren. We hebben nu een gereedschapskist met draden om uit te kiezen met een miljoenvoudig bereik in geleidbaarheid. Dat biedt brede flexibiliteit voor het ontwerpen van elektronische apparaten."

"Een van de meest veelbelovende toepassingen voor eiwitnanodraden zijn biomedische en omgevingssensoren, " legt hij uit. "We willen de draad ontwerpen die specifiek een biologische of chemische stof van belang bindt. Wanneer dat molecuul zich aan de draad bindt, zal dat duidelijk zijn als een verandering in het elektrische signaal."

"Het volgende doel was om te zien of we de oppervlakte-eigenschappen van de nanodraden konden wijzigen zonder hun geleidbaarheid te vernietigen, wat we hebben laten zien in dit laatste proof-of-concept paper, Lovley wijst erop. Recente studies van zijn lab tonen aan dat peptiden tot 9 aminozuren lang kunnen worden toegevoegd aan de aminozuurruggengraat van de nanodraden, en het is mogelijk om het te "versieren" met nog meer peptiden.

De onderzoekers testten twee verschillende peptide "decoratie"-scenario's - zo genoemd omdat de peptiden die langs de buitenkant van de draden worden blootgesteld, zijn als kleine lampjes op een reeks kerstverlichting, zegt Lovely.

Ze construeerden eerst een stam van G. zwavelreducens die synthetische nanodraden maakte versierd met een zes-histidine "His-tag" die specifiek nikkel aan het draadoppervlak bond. Vervolgens demonstreerden ze de mogelijkheid om draden te maken met twee versieringen, de His-tag en een "linker" negen-peptide "HA-tag" blootgesteld op het buitenoppervlak. Ze toonden ook aan dat het aantal versieringen op de draad kon worden gecontroleerd door een genetisch circuit te introduceren om de expressie van de HA-tag te regelen. Geen van beide tags verminderde de geleidbaarheid van de draden, melden de auteurs.

Deze brede mogelijkheden voor het modificeren van nanodraden met peptiden, plus hun "groene, " duurzame attributen zijn veelbelovend voor verdere vooruitgang, zeggen de onderzoekers. De eigenschappen van de nanodraden "kunnen nu gemakkelijk worden aangepast om nieuwe functionaliteiten te hebben. zoals we in de krant laten zien, peptiden kunnen worden ontworpen om specifiek te binden aan chemicaliën of biologische stoffen die van belang zijn, die nuttig zal zijn voor het ontwerpen van nanodraadsensoren."