Onderzoek suggereert dat probiotische bacteriën en superbacteriën elektriciteit kunnen produceren

Wetenschappers hebben ontdekt dat honderden bacteriesoorten in staat zijn om elektriciteit te produceren en kunnen heel goed worden gecoöpteerd om 'levende batterijen' te maken.

Terwijl onderzoekers wisten dat bacteriën die in exotische omgevingen worden aangetroffen, zoals de oceaanbodem, elektrogeen zijn, heeft een nieuw onderzoek in het tijdschrift gepubliceerd Natuur markeert de eerste keer dat wetenschappers bacteriën blootleggen die in wisselwerking staan ​​met mensen ook elektrogene.

Deze bacteriën variëren van het soort dat diarree veroorzaakt voor degenen die yoghurt vergisten. Velen vullen de menselijke ingewanden, en als ze begrijpen hoe deze bacteriën elektriciteit produceren, kunnen ze onthullen hoe ze mensen infecteren - of waarom ze ons gezond houden.

Studeert co-auteur en University of California, Berkeley postdoctorale collega Sam Light vertelt omgekeerde dat in de afgelopen 30 jaar wetenschappers zich steeds meer hebben gerealiseerd dat bacteriën die leven in omgevingen rijk aan minerale oxiden, zoals ijzeroxide en mangaanoxide, kunnen overleven vanwege een proces genaamd extracellulaire elektronen overdracht. Dit betekent dat ze elektriciteit produceren als onderdeel van hun metabolisme, zegt Light.

De reden waarom sommige bacteriën elektriciteit opwekken, is vergelijkbaar met de reden waarom we zuurstof ademen: ter ondersteuning van de energieproductie. In het menselijk lichaam worden elektronen in elke cel overgebracht naar zuurstofmoleculen in de mitochondria. Maar bacteriën die in onze darmen leven hebben geen toegang tot zuurstof, dus hebben ze het vermogen ontwikkeld om alternatieven te gebruiken. Met extracellulaire elektronenoverdracht kunnen deze microben "ademen" door elektronen met hoge energie buiten de cel te verplaatsen - in de vorm van elektriciteit.

"We hebben de ontdekking gedaan dat de voedselovergedragen ziekteverwekker Listeria monocytogenes heeft dit vermogen om elektriciteit te produceren, "legt Light uit. "We konden de genen identificeren die verantwoordelijk waren voor deze elektrische activiteit, en het blijkt dat veel andere bacteriën ook deze genen bezitten, wat betekent dat ze ook elektriciteit kunnen maken. Bacteriën met deze genen omvatten andere ziekteverwekkers die ziekten, probiotica en normale leden van de microbiële gemeenschap in onze darmen veroorzaken, evenals bacteriën die worden gebruikt voor voedselvergisting."

Het team ontdekte dat de bacteriën in een kolf met elektroden een elektrische stroom creëerden gemeten op 500 microampères. Dit betekent dat de elektriciteit die ze buiten het lichaam kunnen maken 100.000 elektronen per seconde per cel is.

"Ik zou niet zeggen dat ze elektriciteit in ons lichaam aan het maken zijn", licht Light uit. "Ze voeren simpelweg ademhaling uit buiten hun cellen. Met andere woorden, ze hebben een proces dat buiten ons lichaam kan worden gecoöpteerd om elektriciteit te creëren."

En dat is van enorm belang voor wetenschappers. In juni stuurde NASA elektriciteit genererende bacteriën naar het internationale ruimtestation om te kijken of de microben nog steeds hetzelfde in de ruimte werken. Als ze dat doen, kan hun elektriciteit mogelijk worden gebruikt om missieprojecten aan te drijven. Het Amerikaanse leger is ook financieel ondersteunend voor onderzoek naar elektrogene bacteriën met de hoop dat de bacteriën uiteindelijk kunnen worden gebruikt voor de behandeling van afvalwater. In 2017 maakten wetenschappers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, ook plaats voor de creatie van een "levende batterij" met een chemisch gemodificeerde microbiële brandstofcel.

Omdat zuurstofloze bacteriën elektronen uit hun celwand passeren als een middel om te overleven, zouden ze, als ze goed worden gemanipuleerd, ook onze overleving in intense omgevingen kunnen bijdragen.