지오박터

지오박터
게오박터황레두켄스
과학적 분류
킹덤:	박테리아
망울:	프로테오박테리아
클래스:	델타프로테오박테리아
순서:	데설푸로모나데스목
패밀리:	거박테리아과
속:	지오박터
종
G. 아노이드루첸스[1] G. 아길레이서스 G. 베미지엔시스 브레멘시스 G. 채플라이 달토니이 G. 그르비시아과 G. 수소포도체 G. 로블리[1] G. 루티콜라[1] G. 메탈루켄스 펠로필루스 피커링기 G. 정신 분열증 지솔리[1] G. 유황레두센스 G. 티오게네스 G. 톨루엔옥시던스 G. 우라니리두첸스[1]

지오박터(Geobacter)는 프로테오박테리아의 속이다. 지오박터 종은 혐기성 호흡 박테리아 종으로, 그들을 생물 거레화에 유용하게 만드는 능력을 가지고 있다. 거박터균은 철산화물이나 기타 가용금속을 전자수용체로 사용하면서 철, 방사성금속, 석유화합물 등 유기화합물과 금속을 환경친화적인 이산화탄소로 산화시키는 능력을 가진 최초의 유기체로 밝혀졌다.^[2] 지질박터종도 흑연 전극에 재조명할 수 있는 것으로 나타났다.^[3] 그것들은 토양과 수생 침전물의 혐기성 환경에서 발견되었다.^[4]

역사

지오박터 야금류는 1987년 데릭 로블리에 의해 워싱턴 D.C. 포토맥 강에서 모래 퇴적물로 처음 격리되었다. 첫 번째 변종은 변형률 GS-15로 간주되었다.^[5]

대사 메커니즘

상당 기간 ^[when?]거박터 종은 금속 이온을 줄이는 데 활용할 수 있는 c-사이토크롬이 부족하다고 생각되어 금속 이온을 단자 전자 수용체(TEA)로 사용하기 위해서는 직접적인 물리적 접촉이 필요한 것으로 추정되었다.^[6] 지오박터 종에서 전도성이 높은 필리의 발견과 이를 생물학적 나노와이어로 활용하자는 제안이 이러한 관점을 더욱 강화시켰다.^[6] 그럼에도 불구하고, 최근의 발견은 Geobacter uranieducens와 같은 많은 Geobacter 종들이 높은 전도성 pili를 가지고 있지 않을 뿐만 아니라 금속 이온을 TEE로 활용하기 위해 직접적인 물리적 접촉이 필요하지 않다는 것을 밝혀내면서 Geob 사이에 매우 다양한 세포외 전자전달 메커니즘이 있음을 시사한다.액터 ^[7]종 예를 들어, 전자를 운반하는 다른 한 가지 방법은 키노네 매개 전자 셔틀을 통해 이루어지는데, 이는 지오박터 황레두켄스에서 관측된다.^[8]

또 다른 관찰된 대사 현상으로는, 지오박터 종 사이의 협력으로, 이 두 종 모두 단독으로 처리할 수 없는 화학 물질의 혼합물을 대사하는 데 여러 종이 협력한다. 에탄올과 후마레이트 나트륨을 공급받은 G. 메탈루켄스는 에탄올을 분해하여 그들 사이에서 자란 "나노와이어"를 통해 G. 황레두센스에게 전달된 전자의 과잉을 발생시켜 G. 황레두센스가 후마레이트 이온을 분해할 수 있게 했다.^[9] 나노와이어는 금속과 같은 전도성을 가진 단백질로 만들어진다.^[10]

적용들

생물분해와 생물분해

지오박터의 폐 부산물로 이산화탄소를 포함한 석유 기반 오염물질과 방사성 물질을 소비할 수 있는 능력은 지하 석유 유출과 지하수 우라늄의 침수를 위한 환경 정화 작업에 사용되어 왔다.^[11][12] 지오박터(geobacter)는 그 물질과 오염 물질 사이에 전기 전도성 섬유를 만들어 전자원으로 사용함으로써 물질을 분해한다.^[13]

완강히 저항하는 유기 오염물질의 미생물 생분해효과는 환경적으로 매우 중요하며 호기심을 자극하는 생화학반응을 수반한다. 특히 탄화수소와 할로겐화 화합물은 오랫동안 혐기성 분해 가능성이 의심되어 왔으나 지금까지 알려지지 않은 혐기성 탄화수소 분해 및 환원성 탈할로겐화 박테리아의 격리는 이러한 과정을 자연에서 기록하였다. 새로운 생화학적 반응이 발견되어 각각의 신진대사 경로가 가능했지만, 이들 박테리아에 대한 분자 이해의 진전은 대부분 유전체계가 없어 더뎌졌다. 그러나, 그러한 박테리아에 대해 몇 가지 완전한 게놈 서열을 나중에 사용할 수 있게 되었다. 탄화수소 분해 및 철 감소 종 G. 메탈루켄(액세스 nr)의 게놈. NC_007517)는 2008년에 결정되었다. 게놈은 환원성 탈할로겐화 유전자의 존재를 밝혀내 광범위한 탈할로화 스펙트럼을 시사했다. 게다가, 게놈 서열은 환원성 탈할로겐화의 진화와 틈새 적응을 위한 다른 전략에 대한 통찰력을 제공했다.^[14]

지오박터 종은 세포외 전자전자가 표면 아래 환경에서 중요한 생물학적 매개 과정일 때 종종 지배적인 유기체들이다. 따라서, 지오박터 종과의 생물학적 요인을 이해하고 최적화하는 시스템 생물학적 접근방식은 지오박터 종의 다양성 하에서의 성장과 신진대사를 예측할 수 있는 실리콘 모델에서 개발한다는 궁극적인 목표로 시작되었다. 다수의 지오박터 종의 게놈의 염기서열이 정해졌다. G. 황레두센스 한 종에 대한 상세한 기능 게놈/생리학 연구가 실시되었다. 서로 다른 환경 조건에서 생리학적 반응을 예측할 수 있는 몇몇 지오박터 종의 게놈 기반 모델을 이용할 수 있다. 현장 우라늄 생질화 중 유전자 성적 증명 수준의 정량적 분석은 표면에서 지오박터 대사 상태와 신진대사의 상황 속도에서 추적할 수 있다는 것을 보여주었다.^[15]

바이오필름 전도도

G. sulfeducens와 같은 많은 Geobacter 종들은 세포외 전자전자를 위한 미생물 연료전지 양극에 두꺼운 바이오필름 네트워크를 만들 수 있다.^[16] 바이오필름 내의 사이토크롬은 필리와 연관되어 나노와이어라 불리는 세포외 구조를 형성하는데, 이것은 바이오필름 전체에서 세포외 전자전자를 쉽게 전달한다.^[17] 이러한 사이토크롬은 바이오필름에 존재하는 다른 감소된 사이토크롬뿐만 아니라 미생물의 전자를 받아들인다.^[17]

이러한 전자가 양극으로 전달될 때 세포내 유기 폐기물의 산화와 결합될 때 전류가 발생한다.^[17] 기존 연구에서는 지오박터 바이오필름의 높은 전도성을 미생물 연료전지에 동력을 공급하고 유기 폐기물에서 전기를 생산하는 데 활용할 수 있다고 제안했다.^[18][19] 특히 G. sulfeducens는 연구자들이 체외에서 측정할 수 있었던 미생물 연료전지 전류 밀도 최고 기록 중 하나를 보유하고 있다.^[19] 이 능력은 높은 전도성 바이오필름이 미생물 연료전지의 높은 전류 밀도와 양적으로 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌기 때문에 바이오필름 전도도에 기인할 수 있다.^[18]

현재 발전용 미생물 연료전지의 개발은 다른 동력원에 비해 그 비효율성과 세포외 전자전달에 대한 불충분한 이해로 인해 부분적으로 제약을 받고 있다.^[20] 이와 같이, 많은 연구자들은 현재 우리가 어떻게 바이오필름 전도성을 우리에게 유리하게 활용하여 훨씬 더 높은 전류 밀도를 생산할 수 있는지 연구하고 있다. 낮은 pH 환경은 redox 전위를 변화시키는 것으로 밝혀져 미생물에서 사이토크롬으로의 전자전달을 억제하고 있다.^[17] 또한, 바이오필름은 다시 온도를 올리면 아무런 부작용 없이 바이오필름 전도성을 회복할 수 있지만, 온도가 낮아질수록 전도성이 떨어지는 것으로 밝혀졌다.^[21] 지오박터 종에 필리나 플라겔라가 존재한다는 것은 보다 효율적인 전자전달을 가능하게 함으로써 전류의 발생을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.^[22] 이러한 다른 요소들은 최대 전기를 생산하고 미래에 생물 방해를 최적화하기 위해 수정될 수 있다.^[20]

뉴로모픽메리스터

매사추세츠대 암허스트(Amherst) 연구에서 뉴로모픽 메모리 트랜지스터(Memistor)는 얇은 나노와이어 가닥으로 절단된 지오박터 바이오필름을 활용했다.^[23] 나노와이어 가닥은 인간의 뇌에 있는 뉴런과 비슷한 저전압을 전도한다. 데릭 러블리가 공동 저술한 논문에서 준야오는 그의 팀이 "나노와이어-메모리스트 시냅스의 전도성, 즉 가소성을 조절하여 뇌에서 영감을 받은 컴퓨팅을 위한 생물학적 구성요소를 모방할 수 있다"^[24]고 말했다. 획기적인 관찰은 전압 활동을 1볼트 이하로 감시하면서 나왔다.

대중문화

거박터는 미생물 전기생성과 미생물 연료전지를 가르치는 아이콘으로 자리 잡았고, 학생과 취미생활자가 이용할 수 있는 교육용 키트에 등장했다.^[25] 지오박터(Geobacter)는 페루 아마존에서도 전극 그리드를 통해 전기를 발생시키는 데 사용된다.^{[citation needed]}

참고 항목

• 쉐와넬라

참조

외부 링크

• LPSN, 속: 지오박터
• "Geobacter project". Archived from the original on May 3, 2009. Retrieved August 13, 2005.
• 미생물 생물분해, 생물분해 및 생물분해
• 전기화 솔루션