Uma espécie bacteriana que sobrevive ao “respirar” a rocha intriga os cientistas há décadas, embora o funcionamento interno de sua misteriosa técnica de respiração celular permaneça longe de ser clara.
Agora, em um novo estudo que investiga os estranhos hábitos da bactéria Shewanella oneidensis, os pesquisadores descobriram que a capacidade do micróbio de ‘respirar’ transportando elétrons externamente para superfícies sólidas é influenciada pela quiralidade molecular, que induz uma direção ideal da rotação do elétron. organismo ‘expira’.
Esse fenômeno parece ajudar o S. oneidensis (também conhecido como S. oneidensis MR-1) a existir em ambientes com pouco ou nenhum oxigênio, descartando elétrons em condições anaeróbicas, como habitats rochosos e metálicos no subsolo.
“Diferentemente da maioria dos organismos capazes de usar oxigênio como aceitador de elétrons, essas bactérias transferem os elétrons para um mineral sólido ou, como fazem em nosso laboratório, para eletrodos que estão fora da célula”, explica o engenheiro biomédico Sahand Pirandian, engenheiro biomédico Sahand Pirbadian da Universidade do Sul da Califórnia (USC).
O S. oneidensis foi identificado pela primeira vez na década de 1980, com cientistas isolando o micróbio em sedimentos retirados do lago Oneida, em Nova York. Os pesquisadores logo descobriram que o micróbio mastigador de metais poderia extrair energia de minerais em condições sem ar – um truque que permite fazer coisas como alimentar células de combustível microbianas e produzir o grafeno ‘material maravilhoso’.
Mas como essa estratégia de sobrevivência bacana realmente funciona? Por um longo tempo, pensou-se que S. oneidensis transportasse elétrons para seu ambiente externo por meio de “nanofios bacterianos” semelhantes a cabelos que agiam como um conduto e uma linha de vida literal para descarregar elétrons.
“Se você não der um aceitador de elétrons, ele morre”, explicou o microbiologista da USC Kenneth Nealson, que ajudou a descobrir a S. oneidensis décadas atrás, explicou em 2010. “Ele morre rapidamente”.
Nos últimos anos, porém, os pesquisadores da USC descobriram que esses nanofios bacterianos não eram protuberâncias da célula (conhecidas como pili), mas algo completamente diferente: extensões de membrana com proteínas transportadoras de elétrons chamadas citocromos.
“A ideia da pili era a hipótese mais forte, mas sempre fomos cautelosos porque a composição e a estrutura exatas eram muito ilusórias”, disse o microbiologista da USC Moh El-Naggar em 2014. “De muitas maneiras, acabou sendo uma maneira ainda mais inteligente de bactérias para se alimentar “.
Em trabalhos subsequentes, a equipe de laboratório de El-Naggar descobriu que a estrutura dos nanofios se assemelhava a um colar de pérolas, com as proteínas do citocromo flutuando efetivamente ao longo da cadeia, transportando elétrons através de uma combinação de salto direto de elétrons e difusão de transportadores de elétrons.
Agora, o grupo revelou outro insight. Em seu novo estudo, os pesquisadores descobriram que, à medida que os elétrons são transportados ao longo do nanofio, sua direção de rotação do elétron – um fenômeno quântico que descreve seu momento angular – parece ser influenciada pela quiralidade (esquerda ou destro) das moléculas do citocromo. . Isto é devido à polaridade dos campos magnéticos que são determinados pela quiralidade.
“Quando os elétrons atravessam o fio da molécula, a maioria acaba tendo o mesmo spin quântico – para cima ou para baixo – dependendo da quiralidade”, diz El-Naggar.
“Este estudo é o primeiro a confirmar que as proteínas eletricamente condutoras nessas células estão selecionando o spin dos elétrons”.
Esse efeito, chamado seletividade de rotação induzida por quiral (CISS), pode fazer muito mais do que apenas otimizar a eficiência do transporte de elétrons durante a respiração celular de S. oneidensis.
Por fim, dizem os pesquisadores, se conseguirmos entender bem esses processos, poderemos aproveitar o mecanismo das tecnologias spintrônicas, que prometem oferecer dispositivos muito mais poderosos que os computadores convencionais.
Ainda não estamos lá, mas graças a esse novo entendimento das complexas estruturas usadas por S. oneidensis, estamos nos aproximando.
“Há uma busca contínua por materiais que podem servir de base para novas tecnologias spintrônicas”, explica El-Naggar. “Nosso trabalho mostra que os citocromos bacterianos podem ser candidatos interessantes para a spintrônica”.
Publicado em 12/03/2020 11h46
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