Ученые смогли внести углеродные нанотрубки внутрь бактериальных клеток, превратив их в электрогенераторы с «наследуемой нанобионикой».
Швейцарские биологи продемонстрировали метод, который позволяет вносить углеродные нанотрубки в клетки бактерий. Такие микробы могут лечь в основу новых биотехнологий, создания живых датчиков и источников энергии. Более того, свои нанотрубки они передают следующим поколениям, демонстрируя первый пример «наследуемой нанобионики». Об этом ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) пишут в статье для журнала Nature Nanotechnology.
Одностенные углеродные нанотрубки — тонкие и полые нити графена со стенками толщиной всего в один атом. Они обладают целым рядом необычных свойств, включая огромную прочность и электропроводность. До сих пор нанотрубки удавалось вносить лишь в клетки эукариот, которые захватывают их с помощью разных форм эндоцитоза. Это позволяет, например, изучать проходящие внутри реакции или разрабатывать новые инструменты для «точечной» доставки лекарств в больные ткани.
В отличие от этого, клетки бактерий к эндоцитозу не способны и к тому же несут внешние стенки, затрудняющие поглощение таких крупных для них объектов, как нанотрубки. Чтобы добиться этого, команда профессора EPFL Ардемиса Богосяна (Ardemis Boghossian) покрыла нанотрубки положительно заряженными белками. Такая конструкция притягивается к несущей отрицательный заряд внешней мембране грамотрицательных бактерий.
Эксперименты с двумя видами таких микробов — Synechocystis и Nostoc — показали, что нанотрубки пассивно проникают в клетки. Их можно использовать для наблюдения за внутриклеточными процессами за счет флуоресценции нанотрубок в ближнем инфракрасном диапазоне. Не теряя такую возможность, ученые проследили за ростом и делением бактерий и обнаружили, что нанотрубки передаются от материнской клетки дочерним.
«Мы называем это “наследуемой нанобионикой”, — говорит профессор Богосян. — Это как иметь искусственную конечность, которая дает вам бóльшие возможности, чем естественная. А еще представьте, что дети могут наследовать эти возможности от вас».
Кроме того, «оснащенные» нанотрубками бактерии способны резко повысить производительность микробных топливных элементов. Подобные устройства позволяют вырабатывать «зеленое» электричество с помощью микроорганизмов — например, фотосинтезирующих. Synechocystis и Nostoc, с которыми экспериментировали ученые, — как раз такие цианобактерии. В опытной микробной топливной ячейке они вырабатывали в 15 раз больше электричества с нанотрубками, чем без.