بكتيريا معدلة وراثياً لديها القدرة على توصيل الكهرباء

بعد سنوات من الشك، أثبت العلم أنه محقّ مرة أخرى: فبكتيريا التربة يمكنها توصيل الكهرباء. بل ذهب باحثون من جامعة ماساتشوستس في أمهرست أبعد من ذلك، حيث قاموا بإجراء تعديل وراثي لإحدى أنواع بكتيريا التربة الشائعة لتقوم بإنتاج أسلاك كهربائية أرفع من شعر الإنسان بآلاف المرات.

وقد ارتكز البحث المدعوم من مكتب البحوث البحرية على مجموعة من الأبحاث المنشورة في عام 2011 من قبل ديريك لفلي، وهو أستاذ في جامعة ماساتشوستس في أمهرست. وفي إطار السعي لإثبات خطأ المشككين، فقد برهن عالم الأحياء الدقيقة من خلال التجارب إمكانية انضمام البكتيريا إلى الأسلاك النانوية الموصلة للكهرباء.

جيوباكتر: البكتيريا الكهربائية

تركزت أعمال ديريك لفلي حول جيوباكتر، وهي إحدى أنواع البكتيريا المنتجة للأسلاك النانوية الميكروبية، والتي هي بدورها عبارة عن خيوط بروتينية شبيهة بالشعر وتبرز من الكائن الحي، مما يسمح لها بتوصيل الكهرباء مع أكسيد الحديد الذي يدعم نموها في الأرض. ويُذكر بأن جيوباكتر لديها ما يكفي من الكهرباء لضمان بقاءها، ولكن التيار يعدّ ضعيفاً جداً للاستخدام البشري.

ولذلك قام فريق ديريك لفلي بتعديل البنية الوراثية للبكتيريا لاستبدال اثنين من الأحماض الأمينية الموجودة بشكل طبيعي في أسلاك التربتوفان، والتي يمكن التعرف عليها كأحماض أمينية عطرية. وبوضع مسألة الطعام جانباً، فإن الفريق اكتشف بأن التربتوفان جيد بالفعل في نقل الالكترونات بالمقياس النانوي.

ويقول ديريك لفلي: "بمعرفتنا المزيد عن كيفية عمل الأسلاك النانوية الميكروبية، فقد أدركنا أنه من الممكن تحسين تصميم الطبيعية، حيث قمنا بإعادة ترتيب الأحماض الأمينية لتنتج أسلاك نانوية اصطناعية، والتي نعتقد بأنها أكثر توصيلاً للكهرباء. ونأمل باستمرار تشكيل الجيوباكتر للأسلاك النانوية ومضاعفة توصيلها للكهرباء."

وقد تجاوزت النتائج توقعات الفريق، حيث أن الأسلاك النانوية الاصطناعية المندمجة ضمن التربتوفان لم تكن فقط أكثر توصيلاً للكهرباء بألفي مرة من نظائرها الطبيعيين، بل كانت أيضاً أكثر متانة وأصغر بكثير، حيث بلغ قطرها 1.5 نانومتر (أي أرفع من شعر الإنسان بأكثر من 60 ألف مرة).

وتقول الدكتورة ليندا كريزي، وهي مسؤولة البرامج في قسم أداء المحاربين في مكتب البحوث البحرية الذي يدعم البحث: "يمكن أن تؤدي الأبحاث مثل بحث الدكتور ديريك لفلي إلى تطوير مواد إلكترونية جديدة لتلبية الطلب المتزايد على أجهزة كومبيوتر أصغر حجماً وأكثر قوةً. وإن القدرة على إنتاج أسلاك رفيعة للغاية بمواد قابلة للتحمل لها تطبيقات محتملة ضخمة، كعناصر الأجهزة الالكترونية مثل المستشعرات والترانزستورات والمكثفات."