Ще може ли да се произвежда енергия от отпадъчни продукти?


Отдавна учените са регистрирали бактерии, които произвеждат електричество в мини и езерни дъна, но до този момент са пропускали да потърсят и по-наблизо: в човешките черва, например.

Учени от Калифорнийския университет "Бъркли" откриха, че често срещаният причинител на диария – бактерията Listeria monocytogenes, произвежда електричество като използва съвършено различна техника от познатата електрогенна бактерия. И тя не е сама. Стотици други като нея ползват същия процес.

Много от тези искрящи бактерии са част от човешкия чревен микробиом и много от тях, като паразита, причиняващ хранителната болест Листерия (както и аборт), са патогенни. Бактерията, която причинява гангрена (Clostridium perfringens) и вътреболнични инфекции (Enterococcus faecalis), както и някои болестотворни стрептококи, също произвеждат електричество. Други електрогенни бактерии, като лактобацили, са важни за ферментацията на киселото мляко и много от тях са пробиотици.

Фактът, че толкова много микроорганизми, които си взаимодействат с човека дали като патогени, в пробиотиците, в микробиотата ни или участват във ферментацията на човешки продукти, са електрогенни – досега това не беше известно,” казва Даниъл Портной (на малката снимка), професор в Бъркли по молекулярна, клетъчна, растителна и микробиална биология. „Това може да ни отвори много очите по отношение на начина, по който тези бактерии ни инфектират или спомагат за здравите ни черва.”

Откритието е и добра вест за онези, които се опитват да създадат живи батерии от микроби. Такива „зелени” биоенергетични технологии могат, например да генерират електричество от бактериите в заводи за преработка на отпадъци.

Проучването е публикувано на 12.09 в електронното списание Nature. Предстои началото на октомври да бъде публикувано в печатната версия на изданието.



Да дишаш метал

Бактерията генерира електричество по същата причина, поради която ние дишаме кислород: да премахне електроните, произведени по време на метаболизма и да спомага за производството на енергия. Докато животните и растенията пренасят електроните си в кислорода вътре в митохондрите на всяка клетка, бактериите в анаеробна среда (като червата ни, алкохола, вани за ферментация на сирене и др.) трябва да намерят друг приемник на електроните. В геоложка среда, това често са били минерали, като желязо или манган, извън клетката. В известен смисъл, тези бактерии „дишат” желязо или манган.

Прехвърлянето на електрони от клетка в минерал изисква каскада от специални химични реакции, т. нар. верига на извънклетъчен електронен трансфер, която носи електроните като много слаб електрически ток. Някои учени са използвали тази верига за направата на батерия: поставяли са електрод в колба, пълна с такива бактерии и са произвеждали ток.

Новооткритата система за извънклетъчен трансфер е всъщност по-проста от вече познатата трансферна верига и изглежда се ползва от бактериите единствено при необходимост - когато нивата на кислород са ниски. Досега тази проста верига за предаване на електрони е открита в бактерии с една клетъчна стена – микроби, познати като грам-положителни бактерии, които живеят в среда с много флавини, производни на витамин В2.

Изглежда клетъчната структура на тези бактерии и заеманата от тях богата на витамини екологична ниша, прави значително по-лесно и по-икономически изгодно преноса на електрони извън клетката,” казва водещият автор Сам Лайт. „По този начин, според нас, конвенционално изучаваните минерално-респираторни бактерии използват извънклетъчен електронен трансфер, защото е жизнено важен за оцеляването им, докато тези новооткрити бактерии го ползват, защото е „по-лесно.””

За да разбере колко е здрава тази система, Лайт се кооперира с Карълайн Айо-Франклин от Националната лаборатория „Лауренс Бъркли”, която изследва взаимодействията между живи микроби и неорганични материали за възможни приложения в улавянето и секвестирането на въглерода и генерирането на био-соларна енергийя.

Тя използва електрод за измерване на електрическия ток, който протича от бактериите – до 500 микро ампера – потвърждение, че бактериите са електрогенни. Всъщност, те произвеждат електричество (около 100 000 електрона в секунда на клетка), колкото и електрогенните бактерии.

Лайт е особено заинтригувана от присъствието на тази система при Lactobacillus – бактерия, от изключителна важност за производството на сирене, кисело мляко и кисело зеле. Тя дори предполага, че преносът на електрони играе роля за вкуса на сиренето и на киселото зеле.

Това е огромна част от физиологията на бактериите, за която хората не са знаели, че съществува, и която може потенциално да бъде използвана,” казва проф. Портной.

Лайт и проф. Портной имат още много въпроси за това как и защо тези бактерии развиват такава уникална система. От една страна стои простотата: по-лесно е да пренесеш електрони през една клетъчна стена, отколкото през две. От друга – възможността: възползват се от повсеместните флавинови молекули, за да се освободят от електроните. Тези два фактора явно са допринесли за това бактериите да намерят начин да оцелеят едновременно и в богата, и в бедна на кислород среда.


Превод: Анелия Николова

Този сайт използва бисквитки (cookies)
Прочети повече