地杆菌属 (Geobacter) 中的细菌看起来像微型的芸豆，长出了长长的、类似电线的尾巴——事实证明，这些“纳米线”确实能导电。几十年来，科学家们一直在研究这种导电细菌，希望能开发出能在人体内安全工作、耐腐蚀，甚至能真正从稀薄的空气中提取电力的生物技术。但为了使之成为现实，他们首先必须解开这些微小纤维实际工作原理的谜团——一场激烈的辩论正在形成。
地杆菌的导电能力是由马萨诸塞大学阿默斯特分校的微生物学家德里克·洛夫利发现的，他想知道这些细菌是如何摆脱能量产生过程中产生的电子的。大多数微生物需要将电子传递给邻近的氧分子才能“呼吸”——但地杆菌在无氧环境中茁壮成长。洛夫利最终意识到，这些单细胞生物会产生长链蛋白质，将电子输送到附近的铁锈分子，铁锈分子利用带电粒子转化为磁铁矿。此后又发现了其他蛋白质纳米线，但洛夫利认为其中一种叫做菌毛的蛋白质起着主要作用。构成菌毛的蛋白质（称为菌毛蛋白）太小，无法用传统成像技术进行研究，因此洛夫利通过去除制造菌毛的基因来证明它们的重要性。没有它，地杆菌就无法将铁锈转化为磁铁矿。此外，他发现从细胞中收集到的菌毛确实可以导电。
研究人员已经开发出利用活体导电微生物的应用，但洛夫利希望收获纳米线本身，以构建环保电子产品。他最近与人合著了两篇关于用地杆菌纳米线制成的传感器的论文：其中一篇发表在《纳米研究》(Nano Research) 杂志上，检测氨气；另一篇详细介绍在《先进电子材料》(Advanced Electronic Materials) 杂志上，检测湿度变化。他的团队在《自然》(Nature) 杂志上描述的另一种设备，使用纳米线从空气中的水分子中提取电子——从而从湿度中产生电力。“与其他可持续的发电形式（如太阳能或风能）相比，它具有一些优势，因为它是一个24/7的连续过程，”洛夫利解释说。“而且它可以在地球上几乎任何环境中工作。”
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他建议纳米线可以代替电池为某些设备供电。“我们已经可以使用蛋白质纳米线[发电]为小型电子设备供电，例如用于医疗监测的可穿戴贴片，”他说，并补充说纳米线可以在活组织中发挥作用而不会引起不良反应，并且比金属更易生物降解。
洛夫利说，一些公司已经表达了对此类应用的兴趣。但一些科学家对将纳米线从产生它们的细菌中分离出来持怀疑态度。“将具有电特性的蛋白质从其自然环境中取出——它们[然后]必须与合成材料竞争”效率，美国海军研究实验室生物学家莎拉·格拉文解释说。纳米线将“很难与导电金属之类的东西竞争”。她以前曾与洛夫利合作，但没有参与他目前的研究，而是专注于基因改造导电细菌，用于海洋传感器等应用。
格拉文指出，纳米线在海洋或人体等腐蚀传统电子产品的环境中具有优势。但即使在这种环境中，她说，纳米线仍将与生物相容性聚合物等材料竞争。她更喜欢与活体微生物合作，因为“你不仅拥有电子传输材料——你还拥有细胞本身内的整套信息处理系统。”
尽管研究人员已经在为活细胞和收获的纳米线寻找应用——甚至探索了改造多产的大肠杆菌 (Escherichia coli) 以产生菌毛——但关于哪些蛋白质构成最具生产力的纳米线的问题仍然存在。了解菌毛还是另一种类型的纳米线携带了地杆菌的大部分电力，可以指导科学家选择电子产品的最佳材料。
“包括我们在内的所有人，都认为[关键纳米线]是菌毛，”生物物理学家尼基尔·马尔万卡尔说，他之前曾与洛夫利合作，但目前在耶鲁大学拥有自己的实验室。然而，去年，马尔万卡尔和他的同事用电子显微镜对地杆菌进行了成像；他们得出结论，形成微生物主要电力传输方法的不是串状菌毛蛋白，而是称为细胞色素的蛋白质堆叠。研究人员继续通过基因改造实验以及几种成像方法检查了细菌的生物膜——格拉文说他们“真的倾尽全力”以获得地杆菌使用的纳米线的准确图像。耶鲁大学的团队确定了一种特定的超高效导体细胞色素 OmcZ，地杆菌在电场作用下产生这种细胞色素，作为生物膜的主要电子脱落方法。“眼见为实，所以我认为显微镜成像非常重要，”合著者、耶鲁大学物理学家西贝尔·亚尔钦说。
但研究人员仍然对哪种纳米线最重要存在分歧。有些人站在菌毛一边，另一些人则支持细胞色素。洛夫利坚定地站在菌毛阵营：他说，当他的团队（当时包括马尔万卡尔）对地杆菌进行基因改造，使其无法产生某种类型的细胞色素时，它形成的生物膜实际上比未改造细菌产生的生物膜更具导电性。格拉文说，她自己的实验室发现，电流在地杆菌生物膜中“绝大多数”是通过细胞色素移动的。但她指出，密歇根州立大学的另一个实验室正在进行基于洛夫利菌毛假设的工作。
根据他最新的研究，马尔万卡尔倾向于细胞色素——但他并没有排除菌毛的作用。“我们发现的所有细丝[当细菌积极导电时]都是细胞色素，”他说。“但有没有可能在某些条件下，它可能会产生菌毛？这实际上是一个悬而未决的问题。”
弄清地杆菌的导电蛋白的动力可以帮助研究人员开发更高效的生物电子产品。即使在对导电微生物的奥秘没有完全了解的情况下，基于细菌的电子设备也可能很快成为可能。洛夫利说，现在还处于早期阶段，“但到目前为止，一切进展顺利。我有一些很棒的同事，他们只是知道如何用电子材料做事。每隔几周他们就会想出一些新东西。”