Nanocable bacteriano

[miniatura|350px|*[Geobacter sulfurreducens* e os seus nanocables]]
Os **nanocables bacterianos** (tamén chamados nanocables microbianos) son apéndices que conducen electricidade presentes en varias especies bacterianas, entre as que salientan as dos xéneros *Geobacter* e *Shewanella*. A existencia de nanocables condutores foi confirmada na cianobacteria oxixénica *Synechocystis* PCC6803 e nun cocultivo metanoxénico termófilo, constituído por *Pelotomaculum thermopropionicum* e *Methanothermobacter thermoautotrophicus*.

## Fisioloxía 
Orixinalmente pensábase que os nanocables de *Geobacter* eran pili modificados, que se usaban para establecer conexións con aceptores terminais de electróns durante algúns tipos de respiración anaerobia. Posteriores investigacións mostraron que os nanocables de *Geobacter* están compostos por citocromos amontoados, concretamente OmcS e OmcZ. Malia seren fisioloxicamente distintos dos pili, os nanocables bacterianos descríbense a miúdo como un tipo de pili debido á confusión inicial sobre a súa interpretación que houbo despois do seu descubrimento. Estes nanocables de citocromos ordenadamente amontoados forman unha matriz continua de hemos, que estabilizan o nanocable por empillamento pi (* pi-stacking*) e proporcionan unha vía para o transporte de electróns. Especies do xénero *Geobacter* usan nanocables para transferir electróns a aceptores de electróns extracelulares (como os óxidos de  Fe(III)). Esta función foi descuberta polo exame de mutantes, cuxos nanocables podían adherirse ao ferro, pero non podían reducilo. A presenza de citocromos da membrana externa e a falta de condutividade en nanocables no mutante deficiente en MtrC e OmcA apoia de forma directa o mecanismo multietapas saltador proposto para o transporte de electróns a través de nanocables de *Shewanella*.

Adicionalmente, os nanocables poden facilitar unha transferencia de electróns de longo rango a través de grosas capas de biopelículas. Ao conectárense a outras células que os rodean, os nanocables permiten ás bacterias situadas en ambientes anóxicos seguir usando o oxíxeno como o seu aceptor terminal de electróns. Por exemplo, sábese que os organismos do xénero *Shewanella* forman nanocables condutores de electricidade en resposta á limitación electrón-aceptor. Mais ata 1988 non se observou o transporte electrónico extracelular cos descubrimentos independentes das bacterias *Geobacter* e *Shewanella* e os seus respectivos nanocables. Desde entón, identificáronse outros microbios que presentan nanocables, pero os dous primeiros xéneros mencionados continúan sendo os que foron máis intensamente estudados. En 1998, observouse a transferencia de electróns extracelular nunha instalación de cela de combustible microbiana por primeira vez usando a bacteria *Shewanella* para reducir un eléctrodo de Fe(III). En 2010, demostrouse que os nanocables bacterianos facilitaban o fluxo de electricidade en bacterias *Sporomusa*. Este foi o primeiro exemplo observado de transmisión de electróns extracelular usado para dirixir electróns desde o ambiente á célula. Segue investigándose para explorar os mecanismos, implicacións e potenciais aplicacións dos nanocables e os sistemas biolóxicos dos que forman parte.

## Implicacións e aplicacións potenciais 
### Implicacións biolóxicas 
Os microorganismos usan os nanocables para facilitar o uso de metais extracelulares como aceptores terminais de electróns extracelulares nunha cadea de transporte de electróns. O alto potencial de redución dos metais que reciben os electróns pode orixinar unha considerable produción de ATP. Ademais, o grao de implicacións que supón a existencia destes nanocables bacterianos non se comprende totalmente. Especulouse que os nanocables poden funcionar como condutos para o transporte de electróns entre diferentes membros da comunidade microbiana. Isto permitiría unha retroalimentación reguladora ou outra comunicación entre membros da mesma ou incluso de diferentes especies microbianas. Algúns organismos poden tanto expulsar coma captar electróns por medio dos nanocables. As redes de nanocables potencian a produción de electricidade das celas de combustible microbianas cunha condutividade eficaz e de longo rango. En concreto, os nanocables bacterianos de *Geobacter sulfurreducens* posúen unha condutividade similar á dos metais, producindo electricidade a niveis comparables aos de nanoestruturas metálicas sintéticas. Cando as cepas bacterianas son manipuladas xeneticamente para impulsar a formación de nanocables, xeralmente obsérvanse rendementos eléctricos maiores. Ademais, estes nanocables poden transportar electróns a distancias de varios centímetros.

Ata agora, a corrente producida por nanocables bacterianos é moi baixa. A través dunha biopelícula de 7 micrómetros de grosor, informáronse de densidades de corrente de arredor de 17 microamperes por centímetro cadrado e de voltaxes de arredor de 0,5 volts.

### Outras aplicacións significativas 
Os nanocables microbianos de *Shewanella* e *Geobacter* son unha axuda na biorremediación de augas subterráneas contaminadas con uranio. Para demostrar isto, os científicos compararon e observaron a concentración de uranio eliminado por cepas con pili e sen pili de *Geobacter.* Por medio dunha serie de experimentos controlados, puideron deducir que os nanocables presentes eran máis efectivos na mineralización do uranio comparados cos mutantes sen nanocables.

Outra aplicación significativa dos nanocables bacterianos dáse na industria bioelectrónica.

En 2020 fíxose a demostración dun memristor difusivo fabricado a partir de nanocables de proteínas da bacteria *Geobacter sulfurreducens*, que funciona a voltaxes substancialmente máis baixas que as anteriormente descritas e pode permitir a construción de neuronas artificiais, que funciona a voltaxes de potenciais de acción biolóxicos. Os nanocables bacterianos son distintos dos nanocables de silicio utilizados tradicionalmente porque mostran un maior grao de biocompatibilidade. Cómpre realizar máis investigacións neste eido, pero os memristores poderían chegar a usarse para procesar directamente sinais biosensoras, así como para a computación neuromórfica e/ou a comunicación directa con neuronas biolóxicas.

## Notas