Znajdź zawartość

Nieznane dotychczas właściwości bakterii z rodziny Geobacter mogą przyczynić się do rewolucji w nanotechnologii i bioelektronice. Naukowcy z University of Massachusetts Amherst odkryli, że produkowane przez bakterię włókna świetnie przewodzą prąd. Dlatego też uczeni zaczęli o nich mówić „bakteryjne nanoprzewody". Naturalne włókna są równie efektywne jak przewodzące polimery, a ładunek elektryczny podróżuje nimi na znaczne odległości - tysiące razy większe niż długość samej bakterii. Możliwość przewodzenia w ten sposób prądu przez białkowe włókna to zwrot w biologii, który pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób zachodzą różne procesy naturalne. Będzie to można również wykorzystać w praktyce - mówi mikrobiolog Derek Lovley. Zdaniem fizyka Nikhila Malvankara odkrycie to zrewolucjonizuje naszą wiedzę o bakteryjnych biofilmach. U tego gatunku biofilm zawiera proteiny, które zachowują się jak metale, przewodząc prąd na bardzo duże odległości - mówi Malvankar. To odkrycie jest bardzo istotne nie tylko z punktu widzenia biologii, ale również materiałoznawstwa. Możemy teraz badać różne nanomateriały, które są naturalne, nietoksyczne, łatwiejsze w produkcji i tańsze niż materiały wytwarzane przez człowieka. Niewykluczone, że pozwolą one nawet na wykorzystywanie elektroniki w wodzie i wilgotnych środowiskach. Otwiera to nowe możliwości zarówno w dziedzinie biologii jak i produkcji energii - stwierdził inny fizyk, Mark Tuominen. Dotychczas sądzono, że aby białkowe włókna zachowywały się jak metale, konieczna jest obecność dodatkowych protein, zwanych cytochromami. Uczeni z UMass Amherst zauważyli występowanie bardzo dobrego przewodnictwa bez obecności cytochromów. W naturze Geobacter wykorzystuje białkowe nanowłókna w czasie procesu podobnego do oddychania. To, co Geobacter robi ze swoimi nanowłóknami można porównać z oddychaniem przez rurkę o długości 10 kilometrów - mówi Malvankar. Już w 2005 roku uczeni z University of Massachusetts stwierdzili na łamach „Nature", że nanowłókna produkowane przez Geobacter mogą charakteryzować się nieznanymi dotychczas właściwościami. Nie potrafili jednak dokładnie określić natury i mechanizmu działania włókien, przez co ich twierdzenia spotkały się ze znacznym sceptycyzmem. Podczas eksperymentów laboratoryjnych naukowcy zauważyli, że Geobacter rozmnażają się na elektrodach i wytwarzają tam gruby, przewodzący prąd biofilm. Dalsze badania wykazały, że przewodnictwo jest możliwe dzięki produkowanej przez bakterie siatce białkowych nanowłókien. Okazało się również, że ich strukturę można łatwo zmieniać w zależności od potrzeb. Wystarczy bowiem zmiana temperatury otoczenia lub manipulowanie ekspresją genów, by uzyskać nanowłókna o różnych właściwościach.

Enkapsulacja antybiotyków w nanowłóknach z poli(tlenku etylenu) i poli(alkoholu winylowego) sprawia, że doskonale radzą sobie z lekoopornymi bakteriami. Po tym sprytnym zabiegu po patogenach nie zostaje nawet ślad. Dr Mohamed H. El-Newehy z Uniwersytetu Króla Sauda w Rijadzie, szef zespołu naukowców, podkreśla, że lekooporność to poważny i narastający problem medyczny i społeczny. "Stąd pilna potrzeba opracowania nowych antybiotyków, który przezwyciężyłyby lekooporność, działając na inne sposoby. My nie proponujemy nowego antybiotyku, ale nową metodę dostarczania już istniejących". Naukowiec sądzi, że skróci to drogę wynalazku do pacjenta. Odkrycie i stworzenie nowego leku zajmuje przeważnie 10-12 lat i kosztuje od 800 mln do 2 mld dolarów, tutaj wydatki będą niższe, a czas wdrożenia znacznie zredukowany. Antybiotyki w nanowłóknach można stosować przeciwko całemu spektrum bakterii, a także wykorzystywać w zapobieganiu skażeniu żywności grzybami czy bakteriami, hamowaniu wzrostu mikroorganizmów w wodzie pitnej czy zwiększaniu skuteczności chemioterapii. Wiązki nanowłókien są bardzo małe. Akademicy wyjaśniają, że przy nich nić pajęcza wydaje się olbrzymia. Nie da się ich nawet dostrzec pod mikroskopem optycznym. Ekipa El-Newehy'ego zdawała sobie sprawę z wyjątkowych właściwości nanowłókien, związanych z wysokim stosunkiem powierzchni do wagi. Nic więc dziwnego, że już wcześniej zaczęto badać ich zastosowanie w opatrunkach, materiałach do kontrolowania stanu zapalnego po operacji i nowych sposobach dostarczania leków. Arabowie analizowali wpływ wielu zawiniętych bezpośrednio w nanowłókna antybiotyków na kultury różnych bakterii. Okazało się, że ich skuteczność jest bardzo wysoka. Przypominające swego rodzaju mumie leki radziły sobie m.in. z E. coli oraz pałeczką ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa). Naukowcy przypominają, że lekooporność obu rośnie. Po potraktowaniu antybiotykami poddanymi enkapsulacji mikroby były poważnie uszkodzone; wiele komórek uległo powiększeniu, wydłużeniu lub pofragmentowaniu [...]. Nanowłókna same w sobie nie wpływają na bakterie. Wydają się działać, zwiększając moc antybiotyków. Owijanie czynników antybakteryjnych włóknami sprawia, że ich działanie staje się bardziej skoncentrowane na danym miejscu, poza tym utrzymuje się dłużej niż przy konwencjonalnych metodach dostarczania. Zespół przedstawił wyniki swoich badań na 241. konferencji Amerykańskiego Stowarzyszenia Chemicznego.

Brak wody pitnej to problem wielu rejonów świata. Niestety, jednocześnie większość z nich jest zbyt biedna, żeby w pełni rozwiązać ten problem. Częstym przypadkiem jest brak możliwości, technologii a zwłaszcza pieniędzy na stworzenie sieci wodociągowej, stacji uzdatniania wody, czy podobnej infrastruktury. Wynalazek południowoafrykańskich naukowców - saszetka wielkości torebki herbaty - ma umożliwić uzdatnienie nawet bardzo brudnej wody tanio i skutecznie. Autorem rozwiązania jest Eugene Cloete, wykładowca Stellenbosch University w RPA, mikrobiolog, specjalista od systemów uzdatniania wody i nanotechnologii. Właśnie nanotechnologia jest kluczem do opracowanego filtra. Saszetka ma taki kształt i wielkość, że można ją łatwo dopasować do typowej szyjki butelki. Specjalna kompozycja materiałów: węgla aktywowanego oraz przede wszystkim bakteriobójczych nanowłókien pochłania zanieczyszczenia i zabija mikroorganizmy. Jak zapewnia Marelize Botes, jedna torebka wystarcza do oczyszczenia całej butelki nawet bardzo brudnej wody. Po oczyszczeniu woda ma być równie wysokiej jakości, jak kupowana woda butelkowana. Zużyty filtr może być bezpiecznie wyrzucony - rozkłada się w ciągu kilku dni, nie pozostawia śladu i nie jest toksyczny dla człowieka. Celem Eugene Cloete'a było stworzenie taniej metody, prostej w użyciu i niewymagającej infrastruktury. Docelowy koszt ma wynosić około pół centa amerykańskiego za sztukę, co jest ceną przystępną nawet dla bardzo ubogich terenów. Obecnie trwają badania wynalazku przez południowoafrykańską instytucję standaryzującą. Jeśli zakończą się pomyślnie - w co twórcy wierzą - przetestowany filtr ma trafić do sprzedaży jeszcze w tym roku.

Dwaj szkoccy naukowcy odkryli sposób na przekształcenie marchewki w zaawansowany materiał, który będzie można wykorzystać do produkcji całej gamy produktów, od wędek poczynając, a na okrętach wojennych kończąc. Doktorzy David Hepworth i Eric Whale pracują w CelluComp w Burntisland. Opracowanemu przez siebie tworzywu nadali nazwę Curran. Pierwszy wykonany z niego przedmiot, wędka do wędkarstwa muchowego, trafi na sprzedaż w przyszłym miesiącu. Para naukowców nie zamierza jednak na tym poprzestać. Teraz "przerzuca" się na deski snowboardowe, części do samochodów, a nawet okręty wojenne. Curran jest bardziej przyjazny dla środowiska niż obecnie stosowane technologie, bazujące na szkle czy włóknach węglowych. Dr Hepworth uważa, że szkocki materiał może być najważniejszą innowacją w swojej dziedzinie od czasów wynalezienia włókien węglowych 30 lat temu. Jest niewiarygodnie wszechstronny i wierzymy, że premiera będzie miała miejsce w odpowiednim czasie, kiedy firmy szukają połączenia jakości i wydajności, ale osiąganych w zgodzie ze wskazaniami ekologii. Wędki Just Cast to w 50% marchew. Na wyprodukowanie jednej sztuki zużywa się ok. 2 kg tych warzyw. CelluComp potrafi już stworzyć materiał składający się z oślego przysmaku w 80% (reszta to włókna węglowe). Naukowcy mają nadzieję, że w niedługim czasie uda się uzyskać w pełni roślinny, nie tylko marchwiany, produkt. Pod uwagę brane są rzepa, brukiew oraz pasternak. Marchew jest bardzo tania, dlatego większość ceny materiału to koszty produkcji. Wędka [Just Cast — przyp. red.] będzie kosztować w przybliżeniu tyle samo, co zwykła wędka. Mamy jednak nadzieję, że gdy produkcja ruszy na większą skalę, cena obniży się. Kiedy Curran spalano, ilość dostającego się do atmosfery węgla była równoważona przez węgiel pochłaniany podczas wzrostu rośliny (chodzi o dwutlenek węgla konieczny do przebiegu fotosyntezy). W odróżnieniu chociażby od paliw kopalnych, marchwiany materiał jest odnawialny. Prace nad nim trwały 5 lat, a metoda produkcji jest objęta tajemnicą. Wiadomo tylko, że warzywa rozdrabnia się mechanicznie na niewielkie kawałki. Z pulpy warzywnej ekstrahuje się mocne nanowłókna. Następnie odparowuje się większość wody i dodaje żywice. Później przychodzi pora na umieszczenie w specjalnej formie i podgrzanie. Wynalazcy twierdzą, że zdecydowali się na marchew z kilku powodów. Po pierwsze, warzywo to ma właściwości, które pozwalają uzyskać wytrzymały materiał. Po drugie, można tanio kupić hurtowe jego ilości.