Các nhà nghiên cứu vừa phát hiện một loài vi khuẩn chưa từng được biết đến trước đây có khả năng dẫn điện, mở ra tiềm năng cho các công nghệ điện sinh học đột phá. Những ứng dụng từ phát hiện này có thể mở rộng trong nhiều lĩnh vực như y học, sản xuất công nghiệp, an toàn thực phẩm và giám sát cũng như phục hồi môi trường.
Loài “vi khuẩn dây cáp” mới được phát hiện tại các bãi bùn ven biển Oregon, được đặt tên là Candidatus Electrothrix yaqonensis. Tên gọi này nhằm tôn vinh các cộng đồng bản địa sinh sống tại khu vực nơi loài vi khuẩn được tìm thấy.
Các phát hiện đã được công bố trên tạp chí Applied and Environmental Microbiology.
Việc phát hiện ra loài vi khuẩn này do Cheng Li, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Bang Oregon (OSU), và Clare Reimers, giáo sư danh dự tại Khoa Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển của OSU, thực hiện. Nhóm nghiên cứu đã phân lập được vi khuẩn này từ mẫu trầm tích vùng triều thu thập ở cửa sông Yaquina.
Vi khuẩn dây cáp là những tế bào hình que có phần đầu nối liền với nhau, chia sẻ cùng một màng ngoài, tạo thành các sợi có thể dài đến vài centimet. Khả năng dẫn điện – điều hiếm thấy ở vi khuẩn – là một sự thích nghi giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi chất trong môi trường trầm tích nơi chúng sinh sống.
Đặc điểm độc đáo và ý nghĩa tiến hóa
Loài mới này có các cách thức trao đổi chất và gen là sự pha trộn giữa chi Ca. Electrothrix và chi vi khuẩn dây cáp còn lại đã được biết đến, Ca. Electronema.
“Loài mới này dường như là một nhánh trung gian, một nhánh tiến hóa sớm trong nhóm Ca. Electrothrix, điều này có thể cung cấp những hiểu biết mới về cách các loài vi khuẩn này tiến hóa và cách chúng hoạt động trong các môi trường khác nhau,” Cheng Li cho biết.
“Nó khác biệt so với tất cả các loài vi khuẩn dây cáp đã mô tả trước đây về tiềm năng trao đổi chất, và có những đặc điểm cấu trúc nổi bật – bao gồm các gờ bề mặt rõ rệt, rộng gấp ba lần so với những loài khác – nơi chứa các sợi dẫn điện cao được cấu tạo từ các phân tử độc đáo có chứa niken.”
Những sợi này cho phép vi khuẩn thực hiện vận chuyển electron đường dài, kết nối các chất nhận electron như oxy hoặc nitrat ở bề mặt trầm tích với các chất chuyển electron như sulfide ở các lớp trầm tích sâu hơn. Khả năng tham gia vào các phản ứng oxy hóa – khử ở khoảng cách xa giúp vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong hóa học trầm tích và chu trình dinh dưỡng.
“Những vi khuẩn này có thể chuyển electron để làm sạch các chất ô nhiễm, vì vậy chúng có thể được sử dụng để loại bỏ các chất độc hại khỏi trầm tích,” Li cho biết. “Ngoài ra, thiết kế protein niken dẫn điện cao của chúng có thể truyền cảm hứng cho các thiết bị điện sinh học mới.”
Vi khuẩn dây cáp có thể sống trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau và được tìm thấy trong cả môi trường nước ngọt và nước mặn.
Cấu trúc sợi của loài vi khuẩn dây cáp mới. Ảnh: Cheng Li
