رشته‌های پروتئینی مهندسی‌شده که در ابتدا توسط باکتری‌ها تولید می‌شدند توسط دانشمندان برای بهبود رسانایی الکتریسیته اصلاح شده‌اند. در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Small منتشر شده است، محققان نشان دادند نانوسیم‌های پروتئینی، که با افزودن یک ترکیب زیستی به نام «هِم» اصلاح شده‌اند، می‌توانند الکتریسیته را در فواصل کوتاه هدایت کنند و انرژی را از رطوبت موجود در هوا دریافت کنند.
باکتری‌ها برای ما رشته سیم رسانا می‌سازند!
دکتر لورنزو تراواگلینی، نویسنده اصلی این مقاله می‌گوید: «یافته‌های ما فرصت‌های تازه‌ای در بخش رشته‌های سیم رسانا باز می‌کند، رشته‌هایی که مبتنی بر پروتئین بوده و برای توسعه قطعات و دستگاه‌های الکتریکی پایدار و سازگار با محیط‌زیست، قابل استفاده هستند. این نانوسیم‌های مهندسی شده در آینده می‌توانند به نوآوری‌هایی در برداشت انرژی، کاربردهای زیست‌پزشکی و حسگری محیطی منجر شوند.»
پیشرفت‌ها در زمینه‌های میان رشته‌ای که ترکیبی از مهندسی پروتئین و نانوالکترونیک است، نویدبخش توسعه فناوری‌های پیشرفته بوده که شکاف بین سیستم‌های بیولوژیکی و دستگاه‌های الکترونیکی را پر می‌کند.
دکتر تراواگلینی می‌گوید: « هدف ما اصلاح مواد تولید شده توسط باکتری‌ها برای ایجاد قطعات الکترونیکی است. این دستاوردها می‌تواند به عصر جدیدی از الکترونیک سبز منجر شود و به شکل‌گیری آینده‌ای پایدارتر کمک کند.»
وی می‌افزاید: «بسیاری از رویدادها در طبیعت به حرکت الکترون‌ها نیاز دارند و این منبع الهام‌بخش روش‌های جدید دریافت الکتریسیته هستند. به عنوان مثال، کلروفیل در گیاهان برای فتوسنتز نیاز به حرکت الکترون‌ها بین پروتئین‌های مختلف دارد.»
باکتری‌های طبیعی نیز از رشته‌های رسانا موسوم به نانوسیم برای انتقال الکترون‌ها در غشاهای خود استفاده می‌کنند. نکته مهم این است که نانوسیم‌های باکتریایی که رسانای الکتریسیته هستند، پتانسیل تعامل با سیستم‌های بیولوژیکی مانند سلول‌های زنده را دارند و می‌توانند در حسگر زیستی برای نظارت بر سیگنال‌های داخلی بدن استفاده شوند.
البته هنگامی که به طور مستقیم از باکتری استخراج می‌شود، این نانوسیم‌های طبیعی به سختی اصلاح می‌شوند و عملکرد محدودی دارند.
دکتر تراواگلینی می‌گوید: «برای غلبه بر این محدودیت‌ها، ما یک فیبر را با استفاده از باکتری E. coli مهندسی ژنتیکی کردیم. ما DNA باکتری E. coli را اصلاح کردیم تا باکتری‌ها نه تنها پروتئین‌های مورد نیاز خود را برای زنده ماندن تولید کنند، بلکه پروتئین خاصی را که طراحی کرده بودیم، ساخته و سپس آن را مهندسی کند. ما در آزمایشگاه آن‌ها را به نانوسیم تبدیل کردیم.»
این تیم می‌دانست که پروتئین تولید شده توسط باکتری‌ها به خودی خود رسانایی بالایی نخواهد داشت، آن‌ها باید ماده‌ای را به آن اضافه کنند.
هِم (Heme) یک ساختار حلقوای دارد که به حلقه پورفیرین معروف است و یک اتم آهن نیز در وسط آن قرار دارد. این ترکیب وظیفه حمل اکسیژن در گلبول‌های قرمز از ریه‌ها به بقیه بدن را بر عهده دارد.
تحقیقات اخیر نشان داده است که وقتی مولکول‌های هِم نزدیک به هم چیده می‌شوند، انتقال الکترون را امکان‌پذیر می‌کنند. بنابراین، دکتر تراواگلینی و تیمش هِم را در رشته‌های تولید شده توسط باکتری‌ها ادغام کردند. دکتر تراواگلینی می‌گوید: «همانطور که انتظار داشتیم، با افزودن هِم به این رشته، پروتئین رسانا می‌شود، در حالی که رشته بدون هِم هیچ جریانی را نشان نمی‌داد.»
