Ein ultrastabiler Protein-Nanodraht, der von elektrischen Bakterien hergestellt wird, liefert Hinweise zur Bekämpfung des Klimawandels

Der beschleunigte Klimawandel ist eine große und akute Bedrohung für das Leben auf der Erde. Steigende Temperaturen werden durch Mikroben verursacht, die 50 % des atmosphärischen Methans produzieren, das 30-mal stärker als CO2 Wärme einfängt. Diese erhöhten Temperaturen beschleunigen auch das mikrobielle Wachstum und produzieren somit mehr Treibhausgase, als von Pflanzen genutzt werden können, wodurch die Fähigkeit der Erde geschwächt wird, als Kohlenstoffsenke zu fungieren, und die globale Temperatur weiter ansteigt.

Eine mögliche Lösung für diesen Teufelskreis könnte eine andere Art von Mikroben sein, die bis zu 80 % des Methanflusses aus Meeressedimenten fressen, der die Erde schützt. Aber sie sind im Labor schwer zu untersuchen. In Naturmikrobiologie, Yale-Team unter der Leitung von Prof. Nikhil Malvankar und ehemaliger Ph.D. Student Yangqi Gu von Molecular Biophysics and Biochemistry am Microbial Sciences Institute entdeckt überraschende drahtartige Eigenschaften eines Proteins, das von stromproduzierenden Geobacter hergestellt wird und Ähnlichkeit mit methanfressenden Mikroben aufweist.

Das Labor Malvankar hatte zuvor gezeigt, dass dieser Proteindraht die höchste bisher bekannte Leitfähigkeit aufweist. Es ermöglicht Bakterien, die bisher höchstmögliche elektrische Leistung zu erzeugen, und erklärt, wie diese Bakterien ohne sauerstoffähnliche, von Membranen aufnehmbare Moleküle überleben und Gemeinschaften bilden können, die Elektronen senden können, die die 100-fache Bakteriengröße überschreiten. Aber bis heute hatte niemand herausgefunden, wie sie hergestellt werden und warum sie so leitfähig sind.

Mithilfe hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie konnten die Forscher die atomare Struktur des Nanodrahts sehen und entdecken, dass Häme dicht gepackt sind, um Elektronen extrem schnell und mit ultrahoher Stabilität zu bewegen. Das Team baute Nanodrähte auch synthetisch, um zu erklären, wie Bakterien Nanodrähte nach Bedarf herstellen.

„Es ist möglich, dass wir diese Drähte verwenden, um Strom zu erzeugen oder zu verstehen, wie methanfressende Mikroben sie verwenden, um den Klimawandel zu bekämpfen“, sagte Malvankar.

Weitere Autoren sind Matthew Guberman-Pfeffer, Malvankar Lab Members, Vishok Srikant, Cong Shen, Yuri Londer, Fadel Samatey mit den Mitarbeitern Victor Batista, Kallol Gupta und Fabian Giska.