Бактерии, вырабатывающие электричество: открыт новый механизм дыхания

Исследователи под руководством Каролин Ахо-Франклин из Университета Райса обнаружили, как некоторые бактерии «дышат», генерируя электричество. Вместо использования кислорода они используют естественный процесс, выталкивая электроны в окружающую среду.

Результаты, опубликованные в журнале Cell, могут привести к новым разработкам в области чистой энергии и промышленной биотехнологии.

Суть электрического дыхания

Большинство современных организмов используют кислород для метаболизма пищи и высвобождения энергии. Однако бактерии, которые гораздо древнее, развили другие способы дыхания в бескислородных средах, таких как глубоководные гидротермальные источники или кишечник человека.

Учёные выяснили, что некоторые бактерии используют природные соединения — нафтохиноны — для переноса электронов на внешние поверхности. Этот процесс, известный как внеклеточное дыхание, позволяет бактериям процветать без кислорода.

«Этот вновь открытый механизм дыхания — простой и ingenious способ выполнить работу, — сказал Бики Бапи Кунду, первый автор исследования. — Нафтохиноны действуют как молекулярные курьеры, выводя электроны из клетки».

Моделирование и подтверждение

Используя передовое компьютерное моделирование, исследователи смоделировали рост бактерий в средах без кислорода, но с проводящими поверхностями. Моделирование показало, что бактерии могут поддерживать жизнедеятельность, выделяя электроны наружу.

Лабораторные тесты подтвердили, что бактерии, помещённые на проводящие материалы, продолжали расти и генерировать электричество, по сути «дыша» через поверхность.

Практическое применение

Это фундаментальное открытие имеет широкие практические последствия:

• Биотехнология: процессы очистки сточных вод и биопроизводства могут быть улучшены за счёт лучшего управления электронным балансом.
• Чистая энергия: открывает путь к утилизации углекислого газа с помощью возобновляемого электричества, где бактерии функционируют подобно растениям при фотосинтезе.
• Биоэлектронные сенсоры: могут использоваться в бескислородных средах для медицинской диагностики, мониторинга загрязнений или исследований в глубоком космосе.

«Наша работа не только решает давнюю научную загадку, но и указывает на новую и потенциально широко распространённую в природе стратегию выживания», — отметила Каролин Ахо-Франклин.