Geobacter, un batterio per l'elettronica del futuro

Il batterio Geobacter sulfurreducens potrebbe rivoluzionare la nanotecnologia e la bioelettronica. Un gruppo di fisici e micribiologisti della University of Massachusetts Amherst ha scoperto che i "microbial nanowires", ossia le appendici di questo batterio, possono condurre elettricità permettendo il trasporto di elettroni su grandi distanze.

Le applicazioni sono numerose. Le piccole appendici filamentose dei batteri e la loro capacità di formare un reticolo potrebbero aumentare in modo drastico la superficie interna dei condensatori, permettendo così d'immagazzinare più carica elettrica. Inoltre, poiché i batteri vivono in acqua, potrebbero essere utili anche nella creazione di dispositivi waterproof.

Questa scoperta potrebbe portare in futuro alla creazione di nanomateriali non tossici per creare biosensori ed elettronica allo stato solido capace d'interfacciarsi con sistemi biologici. Il microbiologo Derek Lovley, affiancato dai fisici Mark Tuominen, Nikhil Malvankar e altri colleghi, ritiene che reti di filamenti batterici, conosciute come "microbial nanowires" possano spostare la carica elettrica su grandi distanze - migliaia di volte la lunghezza effettiva del batterio - in modo simile a nanostrutture organiche sintetiche metalliche.

Queste reti scorrono attraverso "biofilm", cioè aggregati coesi di miliardi di cellule, dando a questo materiale biologico una conducibilità comparabile a quella dei polimeri sintetici usati comunemente nell'industria elettronica.

Geobacter and its nanowire network

"La capacità dei filamenti proteici di condurre elettroni in questo modo rappresenta un cambio di paradigma nella biologia e ha ramificazioni nella nostra comprensione dei processi naturali microbici e implicazioni pratiche per l'ambiente e lo sviluppo di fonti di energia rinnovabile", ha dichiarato Derek Lovley.

Secondo Nikhil Malvankar la scoperta rappresenta un cambiamento fondamentale nella comprensione dei biofilm. "In queste specie il biofilm contiene proteine che si comportano come un metallo, conducendo elettroni su distanze molto lunghe (fino a quanto è possibile estendere il biofilm)".

Questa è la prima volta che viene osservata una conduzione della carica elettrica simile a quella metallica su un filamento proteico. In precedenza si pensava che tale conduzione avrebbe richiesto il coinvolgimento di altre proteine come i citocromi, con gli elettroni capaci di brevi salti da un citocroma all'altro. Il team di ricercatori ha invece dimostrato che la conduzione su lunghe distanze è possibile anche in assenza di citocromi. In poche parole i filamenti del Geobacter sulfurreducens funzionano come dei veri e propri fili.

I nanofili batterici sono controllabili in un modo mai visto prima. È possibile manipolare le loro proprietà conduttive semplicemente cambiando la temperatura o regolando l'espressione genetica per creare un nuovo ceppo. Introducendo un terzo elettrodo, un biofilm può agire come un transistor biologico, capace di accendersi o spegnersi in base alla tensione applicata. 

Un altro vantaggio di questo batterio è la capacità di produrre materiali che sono più ecosostenibili e convenienti rispetto alle soluzioni attuali che richiedono, per la maggior parte, elementi rari. "Stiamo creando elettronica dall'aceto. Non potrebbe essere meno costosa o più verde di così", ha concluso il professor Lovley.