Ein ultrastabiler, von Bakterien hergestellter Protein-Nanodraht liefert Anhaltspunkte zur Bekämpfung des Klimawandels
Der beschleunigte Klimawandel ist eine große und akute Bedrohung für das Leben auf der Erde. Steigende Temperaturen sind Ursache für atmosphärisches Methan, das 30-mal stärker alsCO2 Wärme bindet. Mikroben sind für die Erzeugung der Hälfte dieses Methans verantwortlich, und erhöhte Temperaturen beschleunigen auch das mikrobielle Wachstum und produzieren so mehr Treibhausgase, als von den Pflanzen genutzt werden können, wodurch die Fähigkeit der Erde, als Kohlenstoffsenke zu fungieren, geschwächt wird und die globale Temperatur weiter steigt.
"Nanodrähte", die von Geobacter als Reaktion auf ein elektrisches Feld erzeugt werden, das auf stromproduzierende Biofilme einwirkt. Diese Nanodrähte bestehen aus Cytochrom OmcZ und weisen eine 1000-fach höhere Leitfähigkeit und eine 3-fach höhere Steifigkeit auf als die in der natürlichen Umgebung wichtigen Nanodrähte aus Cytochrom OmcS, wodurch die Bakterien Elektronen über das 100-fache ihrer Größe transportieren können.
Sibel Ebru Yalcin. Design: Ella Maru Studio
Ein möglicher Ausweg aus diesem Teufelskreis könnte eine andere Art von Mikroben sein, die bis zu 80 % des Methanflusses aus den die Erde schützenden Meeressedimenten aufnehmen. Wie Mikroben sowohl als größte Methanproduzenten als auch als Methankonsumenten fungieren, war bisher ein Rätsel, da sie im Labor nur sehr schwer zu untersuchen sind. In Nature Microbiology berichtet ein Team aus Yale unter der Leitung von Yangqi Gu und Nikhil Malvankar von der Abteilung Molekulare Biophysik und Biochemie am Microbial Sciences Institute über die überraschenden drahtähnlichen Eigenschaften eines Proteins, das dem von methanfressenden Mikroben verwendeten Protein sehr ähnlich ist.
Das Team hatte zuvor gezeigt, dass dieser Protein-Nanodraht die höchste bisher bekannte Leitfähigkeit aufweist, die es Bakterien ermöglicht, die höchste elektrische Leistung zu erzeugen. Bislang hatte jedoch noch niemand herausgefunden, wie Bakterien diese Drähte herstellen und warum sie eine so extrem hohe Leitfähigkeit aufweisen.
Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie konnten Yangqi und das Team die atomare Struktur der Nanodrähte sehen und entdeckten, dass die Hämatome dicht gepackt sind, um Elektronen sehr schnell und mit ultrahoher Stabilität zu bewegen. Das erklärt auch, wie diese Bakterien ohne sauerstoffähnliche, membranartige Moleküle überleben und Gemeinschaften bilden können, die Elektronen über die 100-fache Bakteriengröße hinaus schicken können. Yangqi und das Team bauten auch synthetisch Nanodrähte, um zu erklären, wie Bakterien Nanodrähte auf Anfrage herstellen.
"Wir nutzen diese Häm-Drähte zur Stromerzeugung und zur Bekämpfung des Klimawandels, indem wir verstehen, wie methanfressende Mikroben ähnliche Häm-Drähte nutzen", so Malvankar.
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