Dagens mikroorganism! – Shewanella oneidensis

Bakterien som tillverkar grafen genom mekanik på atomnivå

Mikrobiologi och nanoelektronik. Två vitt skilda områden kan man tycka, men många bakterier befinner sig i gränslandet – och innovativ, multidisciplinär forskning leder till stora biotekniska framsteg. Ett team i Holland har nyligen upptäckt att en specifik bakterie, Shewanella oneidensis, kan utföra ett viktigt steg i tillverkningen av grafen. Detta innebär att kostnaden, energiförbrukningen och kemikalieanvändningen nu kan minskas rejält vid framställningen av det åtråvärda materialet.

Kol i hönsnätsformation tar form i ett provrör

Grafen består av kolatomer som arrangerat sig i ett tvådimensionellt rutmönster med sexkantiga celler, ungefär som ett hönsnät. Trots att grafenskikt är ofattbart tunna; en atom tjocka, hålls de samman av mycket starka krafter. Elektronerna, som delas mellan kolatomerna, rör sig fritt över materialet vilket ger det exceptionella egenskaper. Elektricitet rusar genom det! Det har mycket stark ledningsförmåga.

Av dessa elektriskt ledande kolnät kan man dessutom skapa rör (nanorör) eller bollar (fullerener). Både grafenet och fullerenerna har givit sina upptäckare nobelpris – senast 2010 års fysikpris för upptäckten av grafen. 

Grafen är dock både dyrt och komplicerat att framställa i större mängder. Men när bakterien S. oneidensis matades med förstadiet grafenoxid plockade den under natten bort de oönskade oxiderna naturligt, i rumstemperatur, så att forskarna på morgonen hade ett provrör med rent grafen. Grafenet, när det väl framställts, kan användas på en mängd olika sätt –  exempelvis till elektriskt ledande bläck, något som i sin tur kan inkluderas i en mängd olika applikationer.

Bakteriens förmåga beror på dess enzymer; biokemiska molekyler som katalyserar reaktioner i (eller strax utanför) celler. S. oneidensis producerar enzymer som gör det möjligt för den att avlägsna oxider från kemikalier och metaller. Detta gör den mycket användbar: exempelvis kan bakterien reducera och absorbera tungmetaller, vilket skulle kunna användas vid avloppsvattenbehandling.

Bakterier och deras enzymer möjliggör reaktioner utan tillförsel av energi

Komplicerade kemiska reaktioner sker oftast inte spontant. Särskilt inte i rumstemperatur, utan hjälp av starka kemikalier eller andra mer extrema hjälpmedel. Men allt detta är möjligt med hjälp av enzymer. Eftersom dessa är utvecklade i levande system är de även skonsamma och kompatibla med känsliga biologiska vävnader – alltså i högsta grad miljövänliga och hållbara.

Mikroorganismer kan utföra nedbrytning, omvandling och uppbyggnad av materia i kalla biologiska processer – och denna kraft kan dessutom tämjas och användas i människans tjänst inom vitt skilda områden. Genom att intervenera i nedbrytningsprocesser med hjälp av utvalda mikroorganismer kan värdefulla ämnen tillvaratas, i en cirkulär och hållbar råvaruekonomi.

Elektriskt ledande nanotrådar växer ut från Shewanella oneidensis-bakteriens cellväggar!

S. oneidensis använder sig av trådliknande strukturer för att “andas” – det vill säga avbörda sig de elektroner som rinner genom elektrontransportkedjan, men utan att någonstans att ta vägen. Elektrontransport via olika proteinkomplex sker även i våra egna celler. Det är därför vi behöver syre. Det är nämligen syret som agerar dragkraft och tar hand om elektronerna i slutet av kedjan. Men mikroorganismer har löst samma problem på en mängd olika alternativa sätt. Bakterier som S. oneidensis leder till exempel elektronerna via bakteriella nanotrådar till en elektronreceptor utanför cellen. Denna elektronreceptor kan vara en metall.

De mystiska trådarna är ofattbart små, 1/100,000 av ett hårstrå. De består av proteiner – men har även visat sig innehålla metall (ungefär som vårt hemoglobin), vilket gör dem elektriskt ledande. Tack vare dessa små strukturer kan bakterierna tillsammans generera elektrisk ström. De tycks även kunna kommunicera, påverka andra omgivande celler eller överföra information.

Tack vare upptäckten av nanotrådar kommer även bakterier att kunna användas för att producera elektriskt ledande nanomaterial.

Detta är en del av Biorevolutionen – på mikro- och nanonivå!

Dela på sociala medier

Tillsammans med våra kunder får vi samhällets kretslopp att flöda

Luleå kommun övergår till en hållbar fetthantering

För att komma ner till noll i klimatpåverkan till år 2040 har Luleå kommuns infrastruktur- och serviceförvaltning u […]

Läs mer

Runö Möten & Events skapar en hållbar mötesplats

En kort biltur från Åkersberga centrum, vid Näsuddens naturreservat norr om Stockholm, ligger Runö Möten & Even […]

Läs mer

Telge Fastigheter gör Södertälje till en mer hållbar kommun

I Södertälje bedrivs ett aktivt arbete för att förbättra kommunen inom hållbarhet och miljö. 2023 slutade Södert […]

Läs mer

Stora Skuggans Värdshus – restaurangen med ett riktigt kretsloppstänk

Ute vid Norra Djurgårdens grönskande parkområden ligger Stora Skuggans Värdshus. Här har Carola Magnusson i många […]

Läs mer

Senaste nytt inom Bioteria och utvecklingen av miljöteknik

Bioteria presenterar ett nytt varumärke

23.12.13

Go Green under Black Week

23.11.06

Charlotta Buch presentera bioteknik på Almedalen 2023

Bioteria lyfter det dolda fettproblemet på Almedalen

23.07.03