Une fibre protéique microbienne découverte par un scientifique de la Michigan State University transporte des charges à des taux suffisamment élevés pour être appliqués aux nanotechnologies artificielles.

La découverte, présenté dans le numéro actuel de Rapports scientifiques , décrit la fibre protéique à grande vitesse produite par les bactéries Geobacter réductrices d'uranium. Les fibres sont des filaments de protéines ressemblant à des cheveux appelés « pili » qui ont la propriété unique de transporter des charges à des vitesses de 1 milliard d'électrons par seconde.

"Ce nanofil microbien n'est composé que d'une seule sous-unité peptidique, " a déclaré Gemma Reguera, auteur principal et microbiologiste MSU. "Etant fait de protéines, ces nanofils organiques sont biodégradables et biocompatibles. Cette découverte ouvre ainsi de nombreuses applications en nanoélectronique telles que le développement de capteurs médicaux et de dispositifs électroniques pouvant être interfacés avec les tissus humains."

Étant donné que les nanotechnologies existantes incorporent des métaux exotiques dans leurs conceptions, le coût des nanofils organiques est également beaucoup plus rentable, elle a ajouté.

Le fonctionnement des nanofils dans la nature est comparable à la respiration. Cellules bactériennes, comme les humains, faut respirer. Le processus de respiration consiste à déplacer des électrons hors d'un organisme. Les bactéries Geobacter utilisent les nanofils protéiques pour lier et respirer les minéraux contenant des métaux tels que les oxydes de fer et les métaux toxiques solubles tels que l'uranium. Les toxines sont minéralisées à la surface des nanofils, empêchant les métaux de pénétrer dans la cellule.

L'équipe de Reguera a purifié ses fibres protéiques, qui font environ 2 nanomètres de diamètre. En utilisant le même ensemble d'outils de nanotechnologues, les scientifiques ont pu mesurer les vitesses élevées auxquelles les protéines faisaient passer des électrons.

"Ce sont comme des lignes électriques à l'échelle nanométrique, " a déclaré Reguera. "C'est aussi la première étude à montrer la capacité des électrons à parcourir de si longues distances - plus d'un 1, 000 fois ce qui a déjà été prouvé, le long des protéines."

Les chercheurs ont également identifié des pièges métalliques à la surface des nanofils protéiques qui lient l'uranium avec une grande affinité et pourraient potentiellement piéger d'autres métaux. Ces découvertes pourraient servir de base à des systèmes intégrant des nanofils de protéines pour extraire de l'or et d'autres métaux précieux, épurateurs qui peuvent être déployés pour immobiliser l'uranium sur les sites d'assainissement et plus encore.

Les nanofils de Reguera peuvent également être modifiés pour rechercher d'autres matériaux dans lesquels les aider à respirer.

« Les cellules Geobacter fabriquent ces fibres protéiques naturellement pour respirer certains métaux. Nous pouvons utiliser le génie génétique pour ajuster les propriétés électroniques et biochimiques des nanofils et activer de nouvelles fonctionnalités. Nous pouvons également imiter le processus de fabrication naturel en laboratoire pour produire en masse dans des procédés peu coûteux et respectueux de l'environnement, " a déclaré Reguera. "Cela contraste considérablement avec la fabrication de nanofils inorganiques artificiels, qui impliquent des températures élevées, solvants toxiques, aspirateurs et équipements spécialisés.

Cette découverte est venue d'une véritable écoute des bactéries, dit Reguera.

"La protéine obtient le crédit, mais nous ne pouvons pas oublier de remercier les bactéries qui ont inventé cela, " dit-elle. " Il est toujours sage de revenir en arrière et de demander aux bactéries ce qu'elles peuvent nous apprendre d'autre. Dans un sens, nous écoutons les conversations microbiennes. C'est comme écouter nos aînés, apprendre de leur sagesse et aller plus loin."