Az, hogy egy baktérium képes vezetni az áramot, valójában nem újdonság, az ilyen parányi mikroorganizmusoknak már nevet is adtak: kábelbaktériumoknak hívják őket. Több furcsaságuk is van, például hogy eltérően a legtöbb baktériumtól, amelyek egyetlen sejten belül végzik a működésüket, a kábelbaktériumok hosszú sejtláncokként működnek. Olyan szálakként, amelyek akár több centiméteresre is kiterjedhetnek az üledékben. Ez a méret pedig, mikrobiális mércével, óriási.
Van azonban más is: a sötétebb, oxigénszegény iszaprétegekben egyes sejtek „belélegzik” a szulfidot, elektronokat vonnak ki belőlük. Akik pedig felül vannak, közvetlenül a víz alatt, úgy fejezik be ezt a munkát, hogy átadják az oxigénnek ezeket az elektronokat. Így az egész szál drótként működik, összekapcsolva a mély anaerob (oxigén nélküli) kémiát a felszíni oxigénreakciókkal. Az ilyen baktériumok azon képessége, hogy jelentős távolságokon keresztül is képesek részt venni redukciós-oxidációs reakciókban, kulcsszerepet biztosít számukra az üledék geokémiájában és a tápanyag-körforgásban.
Egyfajta bakteriális munkamegosztásról van tehát szó, amelyet az elektronok sok sejten keresztüli áramlása hajt – ilyet nem nagyon látni fejlett többsejtű életen kívül. De persze az is szokatlan, hogy egy élőlény úgy viselkedjen, mintha egy elektromos áramkör lenne. Ezeket a fura lényeket hívják tehát kábelbaktériumnak, és eddig ismert 25 fajukat két nagy nemzetségbe sorolják, a sósvízi Electrothrixbe és az édesvízi Electronemába. (A Németországból és a szomszédos országokból mintegy 3500 mikrobiológust egyesítő Általános és Alkalmazott Mikrobiológiai Társaság (VAAM) tavaly az „Év mikrobájának” választotta az Electronemát.)
2019-ben egy belga mikrobiológusokból álló csapat egy „új” fajt fedezett fel az oregoni Yaquina-öböl üledékében. Ezt a helyet már korábban is elektromosan aktív baktériumok élőhelyének tekintették, azonban az újonnan felfedezett törzsben volt pár furcsaság. A kutatók úgy döntöttek, megpróbálják laboratóriumban tenyészteni, hogy tüzetesebben vizsgálhassák őket. Amerikai és osztrák kutatótársaikkal együtt sikerült is kinyerniük egy teljesen zárt genomot, és jellemezni az organizmust a sejt alakjától az elektronáramlásig. Azonban minél alaposabban vizsgálták, annál több érdekességre bukkantak.
University of Antwerp
Mikroszkóp alatt a baktériumok szálain a kábelbaktériumok árulkodó külső bordái látszottak. Vezetőképes szálai voltak, amelyek átengedik az elektromosságot, viszont ezek akár háromszor szélesebbek (átlagosan 228 nanométeresek), mint az ismert fajoké. És a rokonok egyenes bordáival ellentétben ezek bordái spirális csavarodást végeztek. Hogy pontosan miért, az nem volt világos, ezért a kutatók még mélyebbre ástak.
Spektroszkópiát alkalmazva rájöttek arra, hogy a szélesebb, hangsúlyos felszíni bordák egyedi, nikkel alapú molekulákból álló, nagy vezetőképességű szálakat tartalmaznak, amelyek egyfajta „biológiai vezetékként” működve hatékonyan szállítják az elektronokat. Amikor a kutatók ilyen, mikroszkopikusan izolált szálakat helyeztek egy aranyelektródára, és feszültség alá helyezték, magas elektromos vezetőképességet találtak. Az új faj elektromos ellenállása körülbelül 370 kiloohm volt, ami megegyezik vagy jobb az ismert kábelbaktériumokénál. Összességében a tudósok úgy vélik, hogy ez a baktérium az „anyagcsere-potenciálját tekintve kiemelkedik az összes többi ismert kábelbaktérium-faj közül.
A kutatók úgy találták, a törzs genetikailag elég egyedi ahhoz, hogy saját nevet kapjon. Electrothrix yaqonensisnek nevezték el a Yaquina őslakos amerikai törzs tiszteletére, amely egykor a Yaquina-öbölben és környékén élt, ahol a baktériumot megtalálták. Bár a felfedezett új faj egyébként a korábban említett mindkét nemzetség génjeivel és anyagcsereútjaival rendelkezik, összességében egy hídnak, az Electrothrix nemzetség korai ágnak tűnik, ami arra utal, hogy új ismereteket nyújthat arról, hogyan fejlődtek ezek a baktériumok, és hogyan működhetnek különböző környezetekben.
Egy Electrothrix yaqonensis filamentuma
Oregon State University
Az Electrothrix yaqonensis remek példa arra, ahogy az élet kifejlesztett olyan komplex viselkedési formákat, mint a nagy távolságú sejtek együttműködése idegek, agy vagy végtagok nélkül. Máig csak néhány kábelbaktériumot sikerült genetikailag szekvenálni, és ez az új faj arra utal, hogy evolúciós fájuk gazdagabb lehet, mint azt korábban gondolták.
A kutatók szerint a felfedezett faj viselkedése olyan célokra is kihasználható lenne, mint az élelmiszer-biztonság vagy a környezet megtisztítása. „Ezek a baktériumok hatékonyan tudnak átadni elektronokat szennyező anyagok megtisztítására, így felhasználhatók lennének a káros anyagok eltávolítására az üledékekből. Emellett akár új bioelektronikai eszközöket is inspirálhatnak” – mondta Cheng Li mikrobiológus, a kutatás egyik résztvevője.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
