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:
    10665220
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 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

Abstract 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 for building biocompatible materials and biosensor. For more than 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, OmcS, which have never been characterized before. The OmcS filament model is consistent with the known roles of OmcS in Geobacter respiration, but our knowledge of cytochrome appendages is still very limited. This study aims at addressing fundamental scientific questions about cytochrome filaments in respiring prokaryotes as well as applying our discoveries into the general medical field. Specifically, I will: A) identify and characterize novel cytochrome filaments in bacterial and archaeal strains, through bioinformatics algorithms followed by microscopic validation. B) Then I will study the conduction mechanism of these filaments by high resolution cryogenic electron microscopy (cryo-EM) and conductivity measurement. C) Finally, based on these new insights into cytochrome filaments, I will create a novel design for a self-assembled conductive nanowire. These nanowires may be derived directly from a novel cytochrome filament or may contain a peptide/protein based self-assembled scaffold core with soluble cytochromes appended to the outer surface. The results will advance our understanding of cytochrome nanowires, as well as generating self-assembling nanowire scaffolds that may be used in many future biomedical applications.
抽象的 沿着 G.sulfurreducens 蛋白丝网络进行电子长程(>10μm)传输,称为 微生物纳米线已被用来解释各种全球重要的氧化还原现象。 这些纳米线卓越的电子传导能力引起了人们对医学的极大兴趣 应用领域,例如用于构建生物相容性材料和生物传感器十多年来,G. 硫还原纳米线被认为是细菌 IV 型菌毛,得到许多间接遗传和 最近我们的生化观察表明,这些导电纳米线不是由 IV 型菌毛蛋白制成的。 相反,这些结构是聚合的多血红素 C 型细胞色素 OmcS,它从未被 OmcS 丝模型与之前已知的 OmcS 在 Geobacter 中的作用一致。 呼吸作用,但我们对细胞色素附属物的了解仍然非常有限,这项研究旨在解决这一问题。 关于呼吸原核生物中细胞色素丝的基本科学问题以及应用我们的 具体来说,我将:A)识别和表征新型细胞色素。 通过生物信息学算法和显微镜验证,研究细菌和古菌菌株中的细丝。 B)然后我将通过高分辨率低温电子研究这些细丝的传导机制 显微镜(冷冻电镜)和电导率测量 C)最后,基于这些对细胞色素的新见解。 细丝,我将为自组装导电纳米线创建一种新颖的设计。这些纳米线可能是。 直接源自新型细胞色素丝或可能含有基于肽/蛋白质的自组装支架 外表面附着有可溶性细胞色素的核心,这些结果将增进我们对细胞色素的理解。 细胞色素纳米线,以及生成可用于许多领域的自组装纳米线支架 未来的生物医学应用。

项目成果

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