Forskere finner ut at hundrevis av tarmbakterier er elektriske
Ny forskning avdekker et overraskende faktum om mange typer tarmbakterier: de kan generere elektrisitet.
Elektrogene bakterier er de som er i stand til å produsere en viss mengde strøm.
Av den grunn undersøker pågående forskning måter å bruke disse mikroorganismene til å utvikle alternative, mer bærekraftige batterilignende enheter.
Så langt har det blitt funnet elektrogene bakterier i ganske spesifikke naturlige miljøer, som sedimenter av forskjellige vannmasser.
Disse miljøene er vanligvis anaerobe, noe som betyr at de ikke inneholder gratis oksygen. Nå, for aller første gang, har forskere fra University of California, Berkeley funnet ut at hundrevis av forskjellige bakterier i menneskets tarm også er elektrogene.
Disse inkluderer mange typer bakterier, fra patogene som kan forårsake sykdom, til probiotiske bakterier som fremmer tarmhelsen. Likevel produserer disse tarmbakteriene elektrisitet ved hjelp av en annen mekanisme enn den som brukes av kjente elektrogene bakterier fra andre miljøer.
Forskerne - ledet av professor Dan Portnoy - rapporterer om deres viktige oppdagelse i en studiepapir som vises i tidsskriftet Natur.
En overraskende oppdagelse
Prof. Portnoy og teamet forklarer at noen av strengene av strømgenererende bakterier som de nå har identifisert inkluderer Listeria monocytogenes (en vanlig gjerningsmann i tilfeller av diaré), Clostridium perfringens (som forårsaker koldbrann), og Enterococcus faecalis (et patogen som noen ganger ervervet under sykehusopphold).
Imidlertid er mange andre elektrisitetsproduserende bakterier i tarmen godartede. Noen av disse er probiotika, observerer forskerne, mens andre, som f.eks Laktobasiller stammer, spiller en rolle i gjæringen.
"Det faktum at så mange insekter som samhandler med mennesker, enten som patogener eller i probiotika eller i vår mikrobiota eller er involvert i gjæring av menneskelige produkter, er elektrogene - det hadde vært savnet før."
Prof. Dan Portnoy
Dette, legger han til, "kan fortelle oss mye om hvordan disse bakteriene smitter oss eller hjelpe oss med en sunn tarm."
Forskerne forventer også at deres uventede funn også kan være nyttig i fremtidige prosjekter som tar sikte på å skape mikrobiell brenselcelle, en innovativ strategi for å generere fornybar energi.
Forskerne forklarer at bakterier genererer elektrisitet som en del av stoffskiftet, i en prosess som de sammenligner med å puste.
Imidlertid, mens organismer som planter og dyr, som lever i oksygenrike miljøer, bruker oksygen for å hjelpe dem i metabolismen, må bakterier som ligger i anaerobe omgivelser bruke andre kjemiske elementer.
Så, bakterier som befinner seg på bunnen av innsjøene, bruker vanligvis et mineral, som jern eller mangan, under den komplekse metabolske prosessen, og derved genererer elektrisitet.
Tarmbakterier: Elektrogene fordi det er 'lett?'
Imidlertid ser de elektrogene bakteriene som finnes i tarmen ut til å ha en enklere strømgenererende prosess, og de bruker en organisk forbindelse kjent som flavin, som er et vitamin B-2-derivat.
"Det ser ut til at cellestrukturen til disse bakteriene og den vitaminrike økologiske nisjen de okkuperer, gjør det betydelig enklere og mer kostnadseffektivt å overføre elektroner ut av cellen," forklarer første studieforfatter Sam Light.
"Dermed," sier han, "tror vi at de konvensjonelt studerte mineralrespirerende bakteriene bruker ekstracellulær elektronoverføring fordi det er avgjørende for overlevelse, mens disse nylig identifiserte bakteriene bruker det fordi det er" lett. ""
I samarbeid med eksperter fra Lawrence Berkeley National Laboratory ved University of California, gjennomførte Light og kollegaer ytterligere tester for å se hvor mye strøm disse tarmbakteriene er i stand til å produsere.
De fant at tarmbakterier genererer nesten like mye strøm som andre elektrogene bakterier: opptil 100 000 elektroner per sekund per celle.
Spesielt var de overrasket over å finne det Lactobacillus - en bakteriell streng som spiller en rolle i gjæring og brukes til å lage ost, yoghurt og surkål - har elektrogene egenskaper.
Nå lurer Light og kolleger på om disse egenskapene i det hele tatt er relevante for smaken som Lactobacillus skaper i matvarer oppnådd gjennom gjæring.
"Dette er en helt stor del av fysiologien til bakterier som folk ikke visste eksisterte," konkluderer Light, "og det kan potensielt manipuleres."
