Ученые сделали шаг вперед в создании биоаккумуляторов

Ученые из Университета Восточной Англии добились серьезных успехов в получении чистого электричества из бактерий

Результаты исследования, недавно опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что белки на поверхности бактерий могут производить электрический ток просто при соприкосновении с поверхностью, насыщенной минеральными веществами.

Исследование показывает, что если положить бактерию непосредственно на поверхность металла или минерала, она будет способна передавать электрический заряд через клеточные мембраны. Это означает, что возможно «привязать» бактерии непосредственно к электродам, что дает ученым возможность сделать шаг вперед к созданию эффективных микробных топливных элементов или биоаккумуляторов.

Бактерии Shewanella oneidensis принадлежат к семейству морских бактерий. Исследовательская группа создала синтетическую версию этой бактерии, используя только белки, которые, как думают ученые, способны перемещать электроны от внутренней части микроба к поверхности образца. Они вложили эти белки в везикулы липида – маленькие внутриклеточные капсулы; как раз из таких элементов состоит бактериальная мембрана. После этого они проверили, как электроны путешествуют между электронным донором на внутренней части и содержащим железо минералом на внешней стороне образца.

Ведущий исследователь, доктор Том Кларк из школы UEA биологических наук сказал: «Мы знали, что бактерии могут передавать электричество в металлы и минералы, и предполагали, что это взаимодействие зависит от особых белков на поверхности бактерий. Но не было ясно, как это происходит: все-таки это неизученный проводник.

Наше исследование показывает, что белки могут непосредственно «коснуться» поверхности минерала и произвести электрический ток, что означает, что бактерия, касаясь поверхности металла или минерала, может проводить электричество через себя.

Это первый раз, когда нам удалось фактически наблюдать, как компоненты бактериальной клеточной мембраны взаимодействуют с различными веществами.

Эти бактерии имеют большой потенциал как микробные топливные элементы, то есть электричество может генерироваться от побочных продуктов домашнего или сельского хозяйства.

Альтернативная возможность использования этих бактерий – в качестве миниатюрных фабрик-генераторов на поверхности электродов, когда химические реакции происходят внутри клетки с использованием электроэнергии, поставляемой электродом через эти белки».

Один из участников исследования, биохимик Лян Ши из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, сказал: «Мы разработали уникальную систему, и теперь мы можем подражать перемещению электронов по клетке, а ведь именно так в природе клетка проводит электричество – переправляя электроны через клеточные мембраны. Сначала было не совсем понятно, как электроны переходят от бактерий к минералам, но позже мы поняли, что дело в белке».

Понимание природы того, как функционируют бактерии Shewanella oneidensis, – важный шаг на пути к созданию биоаккумуляторов. Конечно, до промышленного выпуска аккумуляторов на бактериях или установок по переработке бытовых отходов в электричество еще далеко, но шансы появления таких привлекательных источников альтернативной энергии обнадежат тысячи противников использования невозобновляемых ресурсов по всему миру.

Команда сотрудничала с исследователями из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Вашингтоне (США). Проект финансировался Советом биологических наук США и американским министерством энергетики.