単層カーボン ナノチューブ (SWCNT) を取り込むバクテリアは、通常どおり分裂を続け、結果として得られる余分な能力を子孫に伝えます。 スイスの EPFL の研究者によって最近実証されたこの結果は、彼らが「継承されたナノバイオニクス」と呼ぶ新しい分野の基礎を形成します。 研究者たちは、改変されたバクテリアを使って生きた太陽光発電を作ることができると信じています。これは、エネルギー生産装置であり、「進行中のエネルギー危機と気候変動に対する取り組みに対する真の解決策」を提供できると彼らは述べています。
SWCNT は、わずか 1 原子の厚さの炭素のロールアップ シートであり、合計直径は約 XNUMX nm です。 それらは優れた電気的、光学的、機械的特性を誇り、ナノバイオテクノロジー分野の多くのアプリケーションに最適です。 研究者は、例えば、これらのナノ構造を哺乳動物細胞に配置して、ナノチューブから放出される近赤外光を使用して代謝を監視しました。 放出された光は、体の奥深くにある生体組織の画像化にも使用でき、治療薬を細胞に送達するのに役立ちます。 植物細胞では、SWCNT はゲノム編集にも使用されています。
SWCNT の取り込みは受動的で、長さに依存し、選択的です
新作では、 アルデミス・ボゴシアン 正に荷電したタンパク質コーティングでSWCNTを包むことから始めました。 その後、ナノ構造は、研究対象の細菌細胞を取り囲む負に帯電した外膜と相互作用することができました。 シネコシスティス & ノストス. 前者は単細胞で球形ですが、後者は多細胞でヘビのような形をしています。 どちらもグラム陰性菌であり（細胞壁が薄く、外膜が追加されているため、グラム染色として知られる一般的な検査で使用される色素を保持していないため、そう呼ばれています）、それらは シアノバクテリア 門。 このバクテリアのグループは、植物のように光合成によってエネルギーを得ます。
Boghossian と同僚は、 シネコシスティス & ノストス ナノ粒子が自発的に微生物の細胞壁に侵入できるようにする、受動的で長さに依存する選択的なプロセスを通じて SWCNT を取り込みました。 彼らはまた、ナノチューブが電磁スペクトルのこの領域で蛍光を発するため、赤外線で非常に鮮明に画像化できることも発見しました。 実際、この発光により、研究者は SWCNT がバクテリアの分裂時にいわゆる娘細胞に渡されていることを確認できました。 したがって、娘細胞はナノチューブの優れた特性を継承します。
義肢のように
「私たちはこれを『継承されたナノバイオニクス』と呼んでいます」とボゴシアンは説明します。 「それは、自然に達成できる能力を超えた能力を与える義肢を持つようなものです。 そして、あなたの子供が生まれたときに、その特性をあなたから受け継ぐことができると想像してみてください。 この人工的な行動をバクテリアに与えただけでなく、この行動はその子孫にも受け継がれています。」
それだけではありません。研究者は、ナノチューブを含むバクテリアは、ナノチューブを含まないバクテリアよりも、光を当てると非常に多くの電気を生成することも発見しました。 「このような『生きた太陽光発電』は、マイナスの二酸化炭素排出量から恩恵を受けています。二酸化炭素を放出するのではなく、積極的に吸収しています」とボゴシアン氏は語っています。 物理学の世界. 「これは、最も豊富なエネルギー源である太陽を利用しながら、製造段階で大量の二酸化炭素を生成する従来の太陽光発電とは対照的です。」 これが太陽光発電の「汚い秘密」だと彼女は言います。
リビング太陽光発電には、他にも重要な利点があります。光吸収を最適化するための自動メカニズムがあります。 自己修復できます。 そして重要なことは、繁殖できることです、と彼女は付け加えます。 「個々のセルを製造するための工場の建設について心配する必要はありません。 これらの細胞は、吸収した二酸化炭素を使用して自動的に修復し、より多くの細胞を作ります。 彼らは地球上に豊富にある材料に依存しており、安価です。 これは材料科学の夢です。」
応用分野
に詳しく書かれている作品 自然ナノテクノロジー、集光と蛍光イメージングに焦点を当てたアプリケーションを強調しています。 「たとえば、イメージングは、世代を超えて細胞を追跡できるようにするだけでなく、この技術を使用して、生きている細胞と生きていない細胞、およびさまざまな細胞タイプを区別することもできます。」 ボゴシアンは言う。
グラフェンの「ドラム」は、個々のバクテリアからの振動を拾います
研究者は、ナノチューブが発する光のおかげで、細胞分裂後の細菌膜のさまざまな部分の形成を追跡し、細胞内の物理化学的変化を監視することさえできました。 「このアプリケーションの特別な点は、放出される光が細胞によって自然に放出される光とは異なることです。そのため、他のそのような技術を制限していた信号の干渉について心配する必要はありません」と Boghossian 氏は言います。
この方法で CNT を細菌に導入できることは、以前は細菌の細胞壁を貫通するのが困難であったため、治療や DNA 送達の新しい用途につながる可能性があります。
EPFL チームは現在、DNA を変更することによって細菌細胞を再プログラミングして電気を生成する方法を研究しています。 「集光生物は当然、発電効率があまり高くありません」とボゴシアンは説明します。 「これは、太陽光発電ではなく、自然が生存のために設計したためです。 最近の合成生物学の拡大により、これらの細胞を再利用して、遺伝的に電気を生成する傾向があるようにすることができるようになりました。」
