단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)를 흡수하는 박테리아는 정상적으로 분열을 계속하고 심지어 그 결과 추가 능력을 후손에게 물려줍니다. 최근 스위스 EPFL의 연구원들에 의해 입증된 이 결과는 그들이 "계승된 나노바이오닉스"라고 부르는 새로운 분야의 기초를 형성합니다. 연구원들은 변형된 박테리아가 살아있는 광전지를 만드는 데 사용될 수 있다고 믿습니다. 에너지 생산 장치는 "현재 진행 중인 에너지 위기와 기후 변화에 대한 노력에 대한 진정한 해결책"을 제공할 수 있다고 합니다.
SWCNT는 총 직경이 약 1nm인 단 하나의 원자 두께의 롤업된 탄소 시트입니다. 그들은 나노 생명 공학 분야의 많은 응용 분야에 이상적인 우수한 전기적, 광학적 및 기계적 특성을 자랑합니다. 예를 들어 연구자들은 나노튜브에서 방출되는 근적외선을 사용하여 신진대사를 모니터링하기 위해 이러한 나노구조를 포유류 세포에 배치했습니다. 방출된 빛은 신체 내부 깊은 곳의 생물학적 조직을 이미지화하고 치료 약물을 세포로 전달하는 데 사용될 수도 있습니다. 식물 세포에서 SWCNT는 게놈 편집에도 사용되었습니다.
SWCNT 테이크업은 수동적이고 길이에 따라 다르며 선택적입니다.
새로운 연구에서 아르데미스 보고시안 양전하 단백질 코팅으로 SWCNT를 감싸는 것으로 시작되었습니다. 그런 다음 나노구조는 그들이 연구한 박테리아 세포를 둘러싼 음전하를 띤 외막과 상호 작용할 수 있었습니다. 유착낭종 와 노스토스. 전자는 단세포이며 구형이고 후자는 다세포이며 뱀 모양입니다. 둘 다 그람 음성 박테리아(그람 염색으로 알려진 일반적인 테스트에 사용되는 염료를 보유하지 않음을 의미하는 추가 외막뿐만 아니라 얇은 세포벽을 가지고 있기 때문에 소위 불림)에 속합니다. 시아 노 박테리아 문. 이 박테리아 그룹은 식물처럼 광합성을 통해 에너지를 얻습니다.
Boghossian과 동료들은 둘 다 유착낭종 와 노스토스 나노 입자가 자발적으로 미생물의 세포벽에 들어갈 수 있도록 수동적이고 길이에 의존적이며 선택적인 과정을 통해 SWCNT를 차지했습니다. 그들은 또한 나노튜브가 전자기 스펙트럼의 이 영역에서 형광을 내기 때문에 적외선에서 매우 명확하게 이미지화될 수 있음을 발견했습니다. 실제로, 이 발광은 연구자들이 SWCNT가 소위 박테리아의 딸 세포가 분열할 때 전달되고 있음을 볼 수 있게 해주었다. 따라서 딸 세포는 나노튜브의 탁월한 특성을 물려받습니다.
의족처럼
"우리는 이것을 '전승된 나노바이오닉스'라고 부릅니다."라고 Boghossian은 설명합니다. “자연스럽게 달성할 수 있는 것 이상의 기능을 제공하는 의족을 갖는 것과 같습니다. 그리고 이제 당신의 자녀가 태어날 때 당신에게서 그 재산을 물려받을 수 있다고 상상해 보십시오. 우리는 박테리아에게 이러한 인공적인 행동을 부여했을 뿐만 아니라 이 행동은 그들의 후손들에게도 유전됩니다.”
그리고 그것이 전부가 아닙니다. 연구원들은 또한 나노튜브를 포함하는 박테리아가 나노튜브가 없는 박테리아보다 빛을 비추었을 때 훨씬 더 많은 양의 전기를 생산한다는 사실을 발견했습니다. "이러한 '살아있는 광전지'는 부정적인 탄소 발자국으로부터 이익을 얻습니다. 그들은 이산화탄소를 방출하기보다는 능동적으로 흡수합니다."라고 Boghossian은 말합니다. 물리 세계. "이것은 가장 풍부한 에너지원인 태양을 활용하면서 제조 단계에서 많은 이산화탄소를 생성하는 기존의 광전지와는 대조적입니다." 이것이 광전지의 "더러운 비밀"이라고 그녀는 말합니다.
살아있는 광전지는 다른 중요한 이점도 있습니다. 빛 흡수를 최적화하기 위한 자동화된 메커니즘이 있습니다. 자가 수리 가능; 그리고 중요한 것은 번식할 수 있다는 것입니다. “개별 세포를 제조하기 위해 공장을 짓는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 이 세포는 자동으로 수리하고 더 많은 것을 만들기 위해 흡수하는 이산화탄소를 사용합니다. 그들은 지구에 풍부한 재료에 의존하며 값이 싸다. 이것은 재료 과학의 꿈입니다.”
응용 분야
에 자세히 나와있는 작업 자연 나노 기술, 빛 수확 및 형광 이미징에 중점을 둔 응용 분야를 강조합니다. "예를 들어 이미징을 통해 세대에 걸쳐 세포를 추적할 수 있을 뿐만 아니라 이 기술을 사용하여 살아있는 세포와 살아 있지 않은 세포, 그리고 다른 세포 유형을 구별할 수 있습니다." 보고시안은 말한다.
그래핀 '드럼'은 개별 박테리아의 진동을 포착합니다.
연구원들은 나노튜브에서 방출되는 빛 덕분에 세포 분열 후 박테리아 막의 다른 부분의 형성을 추적하고 세포 내부의 물리화학적 변화를 모니터링할 수 있었습니다. Boghossian은 "이 응용 프로그램의 특별한 점은 방출된 빛이 세포에서 자연적으로 방출되는 빛과 구별되기 때문에 다른 기술을 제한하는 간섭 신호에 대해 걱정할 필요가 없다는 것입니다."라고 Boghossian은 말합니다.
이러한 방식으로 박테리아에 CNT를 도입할 수 있다는 것은 이전에는 침투하기 어려운 박테리아 세포벽으로 인해 방해를 받았던 치료 또는 DNA 전달 분야의 새로운 응용으로 이어질 수 있습니다.
EPFL 팀은 현재 박테리아 세포를 재프로그래밍하여 DNA를 수정하여 전기를 생산하는 방법을 연구하고 있습니다. "빛을 수확하는 유기체는 자연적으로 전기를 생산하는 데 그다지 효율적이지 않습니다."라고 Boghossian은 설명합니다. “이는 광전지가 아니라 생존을 위해 자연에 의해 설계되었기 때문입니다. 최근 합성 생물학의 확장으로 우리는 이제 이러한 세포가 유전적으로 전기를 생산하는 경향이 있도록 용도를 변경할 수 있는 위치에 있습니다.”
