محققان دانشگاه ییل باکتری‌هایی را کشف کردند که از نور برای تنفس بهتر استفاده می‌کنند. دنیای طبیعی شبکه الکتریکی خاص خود را دارد که از شبکه‌ای جهانی از نانوسیم های کوچک ساخته شده توسط باکتری‌های موجود در خاک و اقیانوس‌ها تشکیل شده است. این باکتری‌ها با استفاده از الکترون‌های اضافی تنفس می‌کنند.
در یک مطالعه جدید، تیمی از محققان دانشگاه ییل دریافتند که نور یک ابزار بسیار موثر در تقویت این فعالیت الکترونیکی در باکتری‌های بیوفیلمی است. آن‌ها دریافتند که نانوسیم‌های تولید شده توسط باکتری‌ها زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرند، رسانایی الکتریکی آن‌ها تا ۱۰۰ برابر افزایش می‌یابد.
سلول‌‌های زنده بیش از دو دهه است که با نقاط کوانتومی و نانوساختارها برای برچسب زدن فلورسنت و تحویل دارو ترکیب شده‌اند. با این حال، از نانوساختارهای جاذب نور برای هدایت واکنش‌های کاتالیزوری در داخل سلول‌ها به دلیل عدم سازگاری زیستی و سمیت سلولی بالای مواد خارجی در داخل سلول، که اغلب کارایی عملیاتی را محدود می‌کند، استفاده نشده است.
این نتایج می‌تواند بینش‌های جدیدی را ارائه دهد زیرا دانشمندان راه‌هایی را برای بهره‌برداری از این جریان الکتریکی پنهان برای اهداف مختلف، از حذف زباله‌های مخاطره‌آمیز تا ایجاد منابع سوخت تجدیدپذیر جدید، دنبال می‌کنند. باکتری‌های درون خاک که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند یا طی میلیاردها سال در زیر زمین مدفون شده‌اند، راهی برای تنفس از طریق «تنفس مواد معدنی» و با کمک رشته‌های پروتئینی ریزی به نام نانوسیم ایجاد کرده‌اند.
محققان دریافتند که وقتی این باکتری‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند، جریان الکتریکی به طرز شگفت‌آوری افزایش می‌یابد. این پدیده به این دلیل است که بیشتر باکتری‌های آزمایش شده در عمق خاک و دور از دسترس نور وجود دارند.
در این مطالعه جدید، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ییل به سرپرستی محقق فوق دکتری، ینس نو و دانشجوی فارغ‌التحصیل کاترین شیپس به این نتیجه رسیدند که یک پروتئین حاوی فلز به نام سیتوکروم OMCs، که نانوسیم‌های باکتریایی را می‌سازد، به عنوان رسانای نور طبیعی عمل می‌کند. هنگامی‌که بیوفیلم‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند، نانوسیم‌ها انتقال الکترون را بسیار تسهیل می‌کنند.
نیکیل ملوانکار، نویسنده ارشد این مقاله گفت: «این شکل کاملاً متفاوتی از فتوسنتز است. در اینجا، نور به دلیل انتقال سریع الکترون بین نانوسیم‌ها، تنفس باکتری‌ها را تسریع می‌کند.»
محققان اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه می‌توان از این بینش در مورد هدایت الکتریکی باکتری‌ها برای تحریک رشد در اپتوالکترونیک و جذب متان، گاز گلخانه‌ای که به عنوان عامل مهمی در تغییرات آب و هوایی جهانی شناخته می‌شود، استفاده کرد.