Badanie sugeruje, że probiotyczne bakterie i superbugi mogą wytwarzać energię elektryczną

Naukowcy odkryli, że setki gatunków bakterii są w stanie wytwarzać energię elektryczną i mogą być dobrze dobrane do tworzenia „żywych baterii”.

Podczas gdy naukowcy wiedzieli, że bakterie występujące w egzotycznych środowiskach, takich jak dno oceaniczne, są elektrogenne, nowe badanie opublikowano w czasopiśmie Natura oznacza, że ​​naukowcy po raz pierwszy odkryli bakterie oddziałujące na ludzi również elektrogeniczny.

Te bakterie wahają się od takich, które powodują biegunkę, do tych, które fermentują jogurt. Wielu napełnia ludzkie jelita, a zrozumienie, w jaki sposób bakterie te rozwijają zdolności wytwarzania energii elektrycznej, może ujawnić, jak zarażają ludzi - lub dlaczego utrzymują nas w zdrowiu.

Współautor badania i Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley podoktorancki mówi Sam Light Odwrotność że w ciągu ostatnich 30 lat naukowcy coraz bardziej zdali sobie sprawę, że bakterie żyjące w środowiskach bogatych w tlenki mineralne, takie jak tlenek żelaza i tlenek manganu, są w stanie przetrwać dzięki procesowi zwanemu zewnątrzkomórkowy przeniesienie elektronu. Oznacza to, że produkują energię elektryczną w ramach swojego metabolizmu, mówi Light.

Powód, dla którego niektóre bakterie wytwarzają energię elektryczną, jest podobny do tego, dlaczego oddychamy tlenem: aby wspomóc produkcję energii. W ludzkim ciele elektrony są przenoszone do cząsteczek tlenu w mitochondriach wewnątrz każdej komórki. Ale bakterie żyjące w naszych jelitach nie mają dostępu do tlenu, więc rozwinęły zdolność do korzystania z alternatyw. Dzięki zewnątrzkomórkowemu transferowi elektronów mikroby te mogą „oddychać”, przenosząc wysokoenergetyczne elektrony poza komórkę - w postaci elektryczności.

„Dokonaliśmy odkrycia, że ​​patogen przenoszony przez żywność Listeria monocytogenes ma tę zdolność wytwarzania energii elektrycznej - wyjaśnia Light. „Udało nam się zidentyfikować geny odpowiedzialne za tę aktywność elektryczną i okazuje się, że wiele innych bakterii również posiada te geny - co oznacza, że ​​mogą również wytwarzać energię elektryczną. Bakterie z tymi genami obejmują inne patogeny powodujące choroby, probiotyki i normalnych członków społeczności drobnoustrojów w naszym jelitach, a także bakterie wykorzystywane do fermentacji żywności ”.

Zespół odkrył, że bakterie wytwarzane w kolbie z elektrodami wytwarzają prąd elektryczny mierzony przy 500 mikroamperach. Oznacza to, że energia elektryczna, jaką mogą wytwarzać poza ciałem, wynosi 100 000 elektronów na sekundę na komórkę.

„Nie powiedziałbym, że wytwarzają elektryczność w naszych ciałach” - wyjaśnia Light. „Po prostu wykonują oddychanie poza swoimi komórkami. Innymi słowy, mają proces, który poza naszym ciałem, może być kooptowany do tworzenia elektryczności. ”

I to jest bardzo interesujące dla naukowców. W czerwcu NASA wysłała bakterie wytwarzające energię elektryczną na Międzynarodową Stację Kosmiczną, aby sprawdzić, czy mikroby nadal działają w przestrzeni tak samo. Jeśli tak, ich energia elektryczna mogłaby być potencjalnie wykorzystana do zasilania projektów misyjnych. Siły zbrojne USA wspierają finansowo badania nad bakteriami elektrogenicznymi z nadzieją, że bakterie te zostaną ostatecznie wykorzystane do oczyszczania ścieków. W 2017 r. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara również zrobili krok w kierunku stworzenia „żywej baterii” z chemicznie zmodyfikowanym mikrobiologicznym ogniwem paliwowym.

Ponieważ beztlenowe bakterie przekazują elektrony ze ścian ich komórek jako środek do przeżycia, jeśli zostaną odpowiednio zmanipulowane, mogą przyczynić się do przetrwania również w intensywnych środowiskach.