Досега бактерии, които произвеждат електричество, са намирани в екзотични среди като киселинните езера на Уелоустоун.

Но учените са пропуснали едно място, което може да се каже, е почти под носа им - човешките черва.

Изследователи от Университета на Калифорния, Бъркли, откриха, че бактерията, причиняваща диария, Listeria monocytogenes, произвежда електричество, използвайки съвсем различен метод от известните електрогенериращи бактерии и че стотици други бактериални видове използват същия процес, съобщава Science Daily.

Много от тези бактерии-"електрогенератори" са част от човешкия чревен микробиом и много от тях са патогенни - като споменатата по-горе L. monocytogenes, причиняваща често смъртоносно инфекциозно заболяване, листериоза, което уврежда тежко централната нервна система. Бактериите, причиняващи гангрена (Clostridium perfringens) и болнични инфекции (Enterococcus faecalis) и някои болестотворни стрептококови бактерии също произвеждат електричество. Други електрогенни бактерии, като лактобацилите, са важни при ферментацията на киселото мляко и много от тях са пробиотици.

"Фактът, че толкова много бактерии в тесен контакт с хората, било като патогени или пробиотици, или в нашата микрофлора или участващи в ферментацията на човешка храна, са електрогенни - бе пропуснат досега. Той може да ни разкаже много за това как тези бактерии ни заразяват или ни помагат да имаме здрави черва", коментира Дан Портной (Dan Portnoy), професор по молекулярна и клетъчна биология и растителна и микробиална биология от Университета на Калифорния, Бъркли. 

Откритието е добра новина за тези, които се опитват да създадат живи батерии от микроби. Такива "зелени" биоенергетични технологии биха могли например да генерират електроенергия от бактерии в заводи за преработка на отпадъци.

Откритието е описано в статия, излязла наскоро онлайн в Nature преди публикуването на 4 октомври в печатното издание на списанието.

Те дишат метал

Бактериите генерират електричество поради същата причина, поради която дишаме кислород - да се освободим от електроните, продукт на метаболизма и да подсигурим клетките си с използваема форма на енергия. Докато животните и растенията пренасят електроните си в кислород вътре в митохондриите на всяка клетка, бактериите в безкислородни среди - включително червата ни, но също и среди на алкохолна и млечна ферментация и киселинни басейни - трябва да намерят друг акцептор на електрони. Извън клетката в геоложки среди често това са минерали - например желязо или манган. В известен смисъл тези бактерии "дишат" желязо или манган.

Прехвърлянето на електрони от клетката в минерал изисква каскада от специални химични реакции, така наречената верига на извънклетъчен електронен трансфер, която пренася електроните като слаб електрически ток. Някои учени използват тази верига, за да направят батерия - сложете електрод в колба с тези бактерии и може да генерирате електричество.

Новооткритата система за извънклетъчен трансфер на електрони всъщност е по-проста от вече известната верига на пренос и изглежда се използва от бактериите само когато е необходимо, може би когато нивата на кислород са ниски. Досега тази проста верига за предаване на електрони е намерена в бактерии с единична клетъчна стена - микроби, класифицирани като грам-положителни бактерии - които живеят в среда с много флавини, производни на витамин В2.

"Изглежда, че клетъчната структура на тези бактерии и богатата на витамини екологична ниша, която заемат, прави значително по-лесно и икономически по-ефективно прехвърлянето на електрони от клетката", отбелязва водещият автор, постдокторантът Сам Лайт (Sam Light). "По този начин  смятаме, че обичайно изследваните минерално-дишащи бактерии използват извънклетъчен трансфер на електрони, защото е от решаващо значение за оцеляването им, докато тези новооткрити бактерии го използват, защото е "лесно”.

За да разбере колко устойчива е тази система, Лайт работи съвместно с Каролайн Ай-Франклин (Caroline Ajo-Franklin) от Националната лаборатория "Лорънс Бъркли", която изследва взаимодействието между живите микроби и неорганичните материали за възможни приложения при улавянето и задържането на въглерода и генерирането на био-слънчева енергия.

Тя използва електрод за измерване на електрическия ток, който протича от бактериите - до 500 микроампера - което потвърждава, че  наистина се произвежда електроенергия. Всъщност те произвеждат толкова електричество - около 100 000 електрона в секунда на клетка - както известните електрогенни бактерии.

Лайт е особено заинтригуван от наличието на тази система в Lactobacillus, бактерии, които са от решаващо значение за производството на сирене, кисело мляко и кисело зеле. Може би, предполага той, преносът на електрони играе роля във вкуса на сиренето и киселото зеле.

"Това е важна част от физиологията на бактериите, която хората не осъзнават, че съществува и може да бъде манипулирана", коментира той.

Интересно е как и защо тези бактерии са развили такава уникална система. Простотата - по-лесно е да се прехвърлят електрони през една клетъчна стена, а не през две - и възможността - като се възползват от повсеместните флавинови молекули, за да се отърват от електроните - изглежда, позволява на тези бактерии да намерят начин да оцелеят и в ниско кислородна и бедна на кислород среда.