来自美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的微生物学家Derek Lovley和他的同事近期发现，微生物地杆菌属能够产生微小的电线，即微生物纳米导线。关于微生物纳米导线的争论已存在数十年，但这项新的协作研究为这一观点提供了强有力的证据。

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的物理学家与Lovley及其同事的合作研究结果发表于 Nature Nanotechnology上。他们通过使用一项新的成像技术，静电力显微镜（EFM）成像技术，从物理现象的角度，证明微生物纳米导线有电荷传播，这种导线类似于碳纳米管——一种高电导率的人造材料。

物理学家Nikhil Malvankar和Sibel Ebru Yalcin，以及物理学教授Mark Tuominen，利用EFM成像技术证实了这一观点。EFM能够显示出在一种材料中电子是如何移动的。“当我们在微生物导线的一端注入电子时，电子通过导线的时候，整个导线亮起来了。” Malvankar说。

目前就职于太平洋西北国家实验室的Yalcin说，“这与你在碳纳米管或其它高电导率的人造材料看到的现象一样。虽然电荷密度是有区别的。这是EFM首次应用于表征生物蛋白。这一技术为生物技术的研究提供了很多的机会。”

Lovley说电流能够流过微生物纳米导线这一能力有着重要的环境研究意义和实用价值。“微生物通过电流通信，为细胞内重要的传递过程提供能量，如废弃物到甲烷气体的产生。这种纳米导线能够保证地杆菌依靠土壤中的铁或其它金属生存，这能有效改善土壤成分，在环境清理中扮演重要的角色。微生物导线在地杆菌产生电流中扮演着关键的角色。这种新的能力可用于制备工程微生物传感器和生物计算设备。”

同样地，他说地杆菌的纳米导线，即蛋白丝，能够像像金属导线一样传播电流的说法有很多的质疑的声音。“科学中的质疑是合理的，这让你更加努力去证实你的结论的正确正确性，” Lovley指出，“人们能更容易地理解看到的东西。Malvankar和Yalcin利用成像技术使得微生物纳米导线的电流传播变得可视，如此具体，甚至像我这一个生物学家都能很容易地看到其中的传播过程。”

数年来，生物学家已经知道在生物材料中，电子是通过捕获单个电子的离散生化踏脚石跳跃传播的。相反的，微生物导线中的电子是非定域的，不是束缚于某一个电子的。这类似于金属导线，如铜导线中的电子传播。

早在2011年，Malvankar就在 Lovley and Tuominen实验室研究中首次发现了的类似金属电流传播的证据。他说，微生物纳米导线中的金属电子传播，是随着不同的温度或pH变化的，但这一结论仍有很多的疑惑，尤其在生物学家中。”

为了给这一假设寻找更多的证据， Lovley实验室通过基因改造了微生物纳米导线的结构，去掉了能在电子传播中释放不定域电子的芳香族氨基酸，验证了很多的质疑。但是EFM提供了最终的，关键性的证据，Malvankar说。

“我们的成像技术显示电子甚至在纳米导线还是粘附于细胞上的自然状态的蛋白质时，就在导线中传播。我认为这项技术在许多领域如物理学和生物学领域将有更重要的作用。”他说。

Tuominen说，“这项技术不仅为生物学，而且为材料科学提供了一项重要的新的原则。天然氨基酸，当合理排列时，能够传播电子，如同碳纳米管中的电子传播一样。这开辟了新的利用蛋白质制作纳米导线的思路，这在以前是不可能的。”

Lovley 和他同事的微生物导线是一种绿色的“潜在”的导线。这是由可再生的，无毒的材料制成的。它们代表了合成生物学的一个新的领域，他说。“现在我们更好地理解了纳米导线的工作过程，证明了这一材料可以进行基因改造，我们认为工程“电子微生物”应用在更广的领域上似乎将变为可能。”

目前正在开发的一个用途是将地杆菌属制备成监测环境污染物的电子传感器。另一个就是地杆菌微生物电脑。这项工作是由美国能源部和国家科学基金会，美国海洋研究局支撑的。