Understanding and using microbial conductive nanowires

了解和使用微生物导电纳米线

基本信息

  • 批准号:
    10817515
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Long-range (>10 µm) transport of electrons along networks of G. sulfurreducens protein filaments, known as microbial nanowires, has been invoked to explain a wide range of globally important redox phenomena. The remarkable electronic conduction capability of those nanowires has sparked a great deal of interest in the medical application space, such as building biocompatible materials and biosensors. For over a decade, G. sulfurreducens nanowires were thought to be bacterial type IV pili, supported by many indirect genetic and biochemical observations. Recently we showed that these conductive nanowires are not made of type IV pilins. Instead, these structures are a polymerized multi-heme c-type cytochrome, such as OmcS and OmcE, which have never been characterized before. Currently, our knowledge of cytochrome appendages is still very limited. This study aims to address fundamental scientific questions about cytochrome filaments in respiring prokaryotes and apply our discoveries to the general medical field. Specifically, I will: A) identify and characterize novel cytochrome filaments in bacterial and archaeal strains through bioinformatics searches followed by microscopic validation. B) Study the conduction mechanism of these filaments by high-resolution cryogenic electron microscopy (cryo-EM) and conductivity measurement. C) Design self-assembled conductive nanowires based on structural knowledge. The results have and will continue to advance our understanding of cytochrome nanowires, and self-assembling nanowire products can be used in many future biomedical applications.
项目摘要 电子沿G.硫杆菌蛋白丝的网络的远距离运输(> 10 µm),称为 已调用微生物纳米线来解释广泛的全球重要氧化还原现象。 这些纳米线的引人注目的电子传导能力引起了极大的兴趣 医疗应用空间,例如构建生物相容性材料和生物传感器。十多年来,G。 硫糖纳米线被认为是IV型细菌,由许多间接遗传和 生化观察。最近,我们表明这些导电纳米线不是由IV型PILIN制成的。 取而代之的是,这些结构是聚合的多血红素C型细胞色素,例如OMCS和OMCE,它 从未有过特征。目前,我们对细胞色素附属物的了解仍然非常 有限的。这项研究旨在解决有关细胞色素细丝的基本科学问题 原核生物并将我们的发现应用于一般医疗领域。具体来说,我将:a)识别和 通过生物信息学搜索来表征细菌和古细菌菌株中新型细胞色素细丝 然后进行微观验证。 b)通过高分辨率研究这些丝的传导机制 低温电子显微镜(冷冻EM)和电导率测量。 c)设计自组装导电 基于结构知识的纳米线。结果已经并且将继续提高我们对 细胞色素纳米线和自组装纳米线可以在许多未来的生物医学中使用 申请。

项目成果

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