חיידקים מוליכי חשמל שזה עתה התגלו עשויים לעורר גל חדש של ביו-אלקטרוניקה

בעולם שבו האנושות מחפשת פתרונות חדשניים לבעיות סביבתיות ואלקטרוניות גם יחד, לא פעם מתברר שהטבע הקדים אותנו, בפשטות ובדיוק מעורר השתאות. כך בדיוק קרה עם גילויו של מין חדש של חיידק - מוליך חשמל, יעיל להפליא, שהתגלה בביצות הגאות והשפל של מפרץ יאקוינה (Yaquina Bay), שבמדינת אורגון, ארה"ב.

המין התגלה על ידי חוקרים אמריקנים וניתן לו השם Candidatus Electrothrix yaqonensis, שם שכולל הן את המאפיינים האלקטרוניים יוצאי הדופן של החיידק, והן מחווה תרבותית לעם הילידי יאקון (Yaqo’n), שחי במשך דורות באזור שבו אותר האורגניזם.

המין החדש של חיידקי כבל נראה קצת כמו, ובכן, כבל / Oregon State University

הכינוי Electrothrix מרמז על אופיו הייחודי: מוליך חשמל ביולוגי. ואכן, מדובר בחיידק המשתייך לקבוצת "חיידקי-כבל" (Cable Bacteria) אורגניזמים ארוכים וסיביים, המתנהלים כמו מערכות הולכה חשמליות טבעיות. חיידקי-כבל בנויים מסיבים מוליכים שמאפשרים להם להעביר אלקטרונים למרחקים של סנטימטרים שלמים בתוך משקעים רטובים - תופעה יוצאת דופן בעולם החיידקים.

על אף שחיידקי-כבל קיימים בסביבות מימיות ברחבי העולם - במים מתוקים, באגמים, בביצות ובאוקיינוסים - אנו יודעים עליהם מעט מאד. ההבנה המדעית שלנו לגבי המבנה שלהם, התפקוד המולקולרי והגנטיקה של אותם חיידקים עדיין נמצאת בחיתוליה. עד כה זוהו כ־25 מינים של חיידקי-כבל, וכעת נוסף אליהם אחד יוצא דופן במיוחד.

במחקר שפורסם לאחרונה, הציגו החוקרים ניתוח גנטי מעמיק של Ca. Electrothrix yaqonensis, והראו שהוא משלב תכונות משני ענפים גנטיים שונים של חיידקי-כבל, מה שהופך אותו לא רק לחדשני, אלא גם למין מעבר, גשר אבולוציוני בין קבוצות שונות של חיידקים. "המין הזה עשוי לשפוך אור חדש על הדרך שבה חיידקי-כבל התפתחו, ועל האופן שבו הם מתפקדים בסביבות מגוונות", אמר החוקר צ'נג לי (Cheng Li), ממובילי המחקר.

אחד המאפיינים הבולטים של החיידק החדש הוא מבנהו הפיזי. הוא ניחן ברכסים שטחיים בולטים במיוחד, ברוחב של עד פי שלושה מחיידקי-כבל אחרים, שבתוכם פועלים סיבים מוליכים המבוססים על מולקולות ניקל ייחודיות. מדובר במנגנון חדש לחלוטין בעולם החיידקים, כזה שמעורר שאלות רבות גם בתחום המטבוליזם וגם מבחינת הנדסה ביולוגית.

אך אין מדובר רק במבנה מעניין, הפונקציה שלו קריטית. הסיבים האלו ממלאים תפקיד מרכזי במחזור חומרי המזון במשקעים, והיכולת שלהם להעביר אלקטרונים במדיום רטוב, לאורך טווח, היא בעלת פוטנציאל טכנולוגי עצום.

אחד השימושים האפשריים והמרגשים ביותר בחיידק החדש הוא סילוק מזהמים ממשקעים. כיוון שהחיידקים מסוגלים להעביר אלקטרונים בין חומרים שונים, הם עשויים להפוך ל"מתווכים ביולוגיים" בתהליכי טיהור טבעיים של אזורים מזוהמים - סוג של מערכת ניקוי חכמה שגדלה מעצמה.

אך זה רק קצה הקרחון. לדברי החוקרים, ייתכן שהמבנה המוליך של הסיבים - חלבונים מבוססי ניקל - יכול לשמש השראה ישירה ליצירת מערכות ביו-אלקטרוניות חדשות: רכיבים מוליכים-למחצה טבעיים, מבוססי חלבון, שאפשר יהיה להנדס לשימושים במכשור רפואי, תעשייתי ואפילו בתחום בטיחות המזון. "העיצוב הטבעי של החלבון המוליך מבוסס הניקל עשוי להוות השראה לביוטכנולוגיות חדשות", מסכם לי. "יש לו פוטנציאל אדיר בתחום הביו-אלקטרוניקה, בתחומים כמו תעשייה, רפואה, וניקוי סביבתי".

הגילוי של Ca. Electrothrix yaqonensis מזכיר לנו שוב את מה שהמדע מגלה שוב ושוב: החיים על פני כדור הארץ הם לא רק מגוונים - אלא גם מבריקים, מתוחכמים ומעוררי השראה. דווקא בעמקי המשקעים, הרחק מהאור והראווה, חבויים לעיתים הפתרונות למורכבויות הגדולות של עולמנו.

אולי במקום להמציא את הגלגל מחדש, עלינו פשוט להסתכל לתוך האדמה, ולהקשיב לחשמל השקט של החיידקים.

מקורות:

• קטעים מהמחקר - A novel cable bacteria species with a distinct morphology and genomic potential מאת Applied and Environmental Microbiology.

• קטעים מ- Newly Discovered Electricity-Conducting Bacteria Could Inspire A New Wave Of Bioelectronics מאת IFLScience שנכתב ע"י: Holly Large.

• קטעים מ- Scientists Discovered a Remarkable Lifeform That Conducts Electricity Like a Wire מאת Popular Mechanics שנכתב ע"י: Darren Orf.