Солнечный свет заряжает микробов в донных отложениях

На встрече ASM Microbe в Бостоне представлена система топливного элемента на основе микробов донных отложений (sMFC) для дистанционного изучения физиологии и экологии электрически активных микробов в погруженных полевых условиях. В зависимости от глубины погружения компонентов устройства ученые наблюдали различия во времени запуска и генерации электричества.

"Эти результаты позволяют предположить, что дальний обмен электрическим током между микробными популяциями в разных средах может играть ключевую роль в формировании сообществ биопленок на электродах", — сказал Джон Пишиотта, доктор философии, доцент кафедры биологии Университета Западного Честера.

Естественные бактерии в осадках могут способствовать выработке электроэнергии, образуя биопленки на аноде. Устройства sMFC создавались ранее для использования таких микробов для получения возобновляемой электроэнергии за счет бактериального разложения органического материала. Однако большинство исследований до сих пор ограничивались строго контролируемыми лабораторными условиями. Данное устройство sMFC оснащено возможностью дистанционной передачи данных, что должно помочь оптимизировать биоэлектрохимические процессы, такие как очистка органических отходов и загрязнителей с помощью электродов, в реальных полевых условиях.

Ключевые наблюдения:

• Устройства с катодами, погруженными глубже (на 750 см ниже поверхности пруда), запускались постепенно, но вырабатывали очень стабильный электрический ток в течение 10-недельного эксперимента.
• Исследователи с удивлением обнаружили, что на состав микробного сообщества на погруженных в осадок электродах (анодах), по-видимому, влиял освещенный статус катода.

Значение и перспективы:

Это исследование позволяет лучше понять, как глубина погружения катода влияет на время запуска, формирование микробного сообщества и получение энергии из отложений. В будущем это может помочь создавать стабильную биоэлектричество в удаленных местах (например, для питания сигнальных буев) за счет биоремедиации органических отходов в осадках. Общая выработка электроэнергии микробами вместе с другими параметрами окружающей среды может контролироваться дистанционно через сотовые сети в реальном времени.

Методы анализа:

После извлечения микробные популяции с электродов анализировали с помощью денaтурирующего градиентного гель-электрофореза (DGGE) и других молекулярных методов. Продолжается секвенирование гена 16S рРНК для идентификации различных микробных популяций, вероятно, связанных с наблюдаемыми вариациями.

Вывод:

Результаты показывают, что аноды, соединенные с освещенными катодами, формируют уникальные микробные сообщества в полевых условиях. С прикладной точки зрения, эта работа дает более глубокое представление о том, как новые sMFC могут обеспечить ускоренный запуск при оптимизации восстановления биоэнергии и стабильного потока электрического тока из отложений.

Исследование представлено на встрече ASM Microbe в Бостоне. Дополнительная информация о функциональности sMFC публикуется в Journal of Microbial and Biochemical Technology.