1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бактерии кишечника вырабатывают электричество

Ученые впервые извлекли электричество из бактерий

В последние годы исследователи пытались уловить электрический ток, который бактерии генерируют в результате обмена веществ и у них получилось.

В ходе метаболизма бактерии вырабатывают электричество, которое давно привлекает специалистов. До сих пор не было эффективного способа передачи тока на электрод, но шведские специалисты добились серьезного прогресса.

Электричество из бактерий

Внеклеточная передача электронов — это ток, который вырабатывает бактерия за пределами собственных клеток. Сложность получения этой энергии в том, чтобы создать молекулу, которая смогла бы проникнуть сквозь толстую стенку клетки. В данном случае ученые изготовили для этих целей искусственную молекулу — окислительно-восстановительный полимер. В качестве бактерии — источника тока — была выбрана Enterococcus faecalis, которая есть и у животных, и у людей.

Ученые из Лундского университета сумели перенести электроны из бактерии в электрод и добиться от них электрического тока в режиме реального времени.

«Это исследование — прорыв в нашем понимании внеклеточной передачи электронов в бактериях», — говорит профессор Ло Гортон, один из членов команды.

Результаты этого исследования ценны не только своим потенциалом в области чистой энергетики, но и научным значением. Они помогают ученым понять, как бактерии коммуницируют с окружением — с другими бактериями и с молекулами.

Бактерии и другие микроорганизмы можно использовать для производства биотоплива, в так называемых микробных топливных элементах.
Особый интерес вызывают бактерии, участвующие в фотосинтезе. Если подключить их к электроду и осветить, они могут вырабатывать электроэнергию. Команда профессора Гортона продемонстрировала это в прошлом исследовании.

Также понимание работы бактерий имеет большое значение для очистки сточных вод, производства молекул, которые трудно синтезировать, или для превращения двуокиси углерода в более полезные соединения.

Бактерии, способные питать маломощные приборы, обнаружили в горячих источниках Йеллоустоунского парка. Они превращают ядовитые отходы в менее опасные вещества и производят в процессе электричество. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Кишечные бактерии научились вырабатывать электричество

ФОТО : https://mir24.tv/ / Алан Кациев

Многие виды кишечных бактерий способны производить электричество – к такому неожиданному выводу пришли ученые из Калифорнийского Университета.

Так, эту особенность нашли у листерии, попадающей в организм человека через пищу и вызывающей серьезные заболевания. Она начинает производить ток при определенных условиях – например, при нехватке кислорода, сообщает Nature.

Ученые отметили, что искусственно выращенные бактерии можно использовать как «живые батарейки» – правда, эту технологию еще только предстоит отработать.

Читать еще:  В Африке начали тестировать вакцину от малярии

Ранее считалось, что «электрические» бактерии живут лишь в особых условиях, богатых минералами, таких как шахты или русла водоемов.

Но оказалось, что и листерии, и клостридии (возбудители газовой гангрены), и штаммы больничных инфекций способны производить ток.

Кроме того, подобным свойством обладают и полезные бактерии – например, лактобациллы, населяющие желудочно-кишечный тракт и играющие важную роль в изготовлении молочных продуктов (йогурта и сыра).

Производство электричества является частью метаболизма бактерий. Клетки человеческого тела используют для поддержания своей жизнедеятельности кислород. Но одноклеточные бактерии, живущие в среде с низким содержанием этого живительного газа, такой возможности не имеют. Им требуются другие химические вещества, чтобы активировать движение электронов.

Бактерии, живущие в шахтах и озерах, могут «дышать» железом и марганцем. Поскольку эти минералы находятся вне клетки, электронам приходится пройти несколько этапов, чтобы достичь их, и для этого процесса требуется внутренний ток.

Ученые выяснили, что кишечные бактерии способны производить примерно столько же электричества, как и те, что используют минеральный обмен – около 500 микроампер.

Авторы исследования отметили, что открытие новых свойств бактерий поможет понять, как они разрушают или оздоравливают наш организм.

Ранее сообщалось, что в организмах обычных коров нашли супербактерии, устойчивые к антибиотикам. Они могут передаваться человеку и вызывать смертельно опасные заболевания.

Электричество в животе: кишечные микробы помогут энергетике

Энергетика человеческой цивилизации и энергетика живой клетки кое в чем похожи. Люди чаще всего используют для передачи энергии на расстояние и перевод ее из одного вида в другой универсальную валюту — электричество, хотя не брезгуют и тем, чтобы перегонять по трубам носитель химической энергии — углеводороды. Живая клетка почти всегда полагается на химическую энергию, но пользуется и электричеством: перенос заряженных частиц — непременный атрибут производства главного клеточного топлива, молекул АТФ.

Молекулы АТФ производятся в разных биохимических реакциях, но наиболее эффективная из них — дыхание. При этом процессе электрон отнимается у «съедобной» органической молекулы — к примеру, сахара — и передается по цепочке все дальше и дальше, по пути приводя в движение разные молекулярные машины.

В том варианте дыхания, который более всего привычен нам, людям (а также подавляющему большинству земных организмов) конечный пункт назначения электронов — это атомы кислорода, всегда готовые заполнить ими свою внешнюю электронную оболочку. Однако некоторые микроорганизмы привыкли обходиться в этом деле без кислорода: они передают электрон каким-нибудь неорганическим молекулам, вроде оксида железа. А поскольку такие минералы часто нерастворимы, бактерии не могут использовать их внутри клетки, а вместо этого транспортируют электроны наружу. Для этого у них предусмотрен механизм внеклеточного переноса электронов (ВПЭ).

Читать еще:  Загрязнение воздуха каждый год убивает более 8 миллионов человек

Идея использовать такие бактерии для производства электроэнергии возникла довольно давно. Соответствующая технология называется «микробной топливной ячейкой»: расположенные между двумя электродами бактерии окисляют органику, выталкивают наружу электроны и создают разность потенциалов. Считалось, однако, что на такое способна лишь небольшая группа бактерий из весьма экзотических природных ниш: таких, где нужные минералы в изобилии, а кислорода нет. А главное, там нету органического сырья для альтернативного способа произвести АТФ — брожения. Хитрый фокус с транспортом электронов в такой ситуации — единственный способ как-то выживать.

Дэниел Портной и его коллеги из Университета Калифорнии в Беркли занимались совсем другой бактерией по имени «листерия»: этот кишечный патоген проводит свою активную жизнь в пищеварительной системе человека. Кислорода там нет, зато вполне достаточно питательных веществ, которые можно сбраживать. Тем не менее, когда этих бактерий помещали в электрохимическую камеру, они генерировали электрический ток. О листерии и раньше было известно, что она умеет восстанавливать трехвалентное железо до двухвалентного, и вместе эти факты однозначно свидетельствуют, что обитатель наших кишок зачем-то занимается внеклеточным переносом электронов, без которого прекрасно мог бы обойтись. Эту загадку и разгадали калифорнийские биохимики, о чем и сообщили в журнале Nature.

Ученые охарактеризовали все гены и белки, участвующие в процессе. Оказалось, что начальные стадии очень похожи на то, что происходит в клетках узких специалистов, полагающихся на ВПЭ ради выживания. Однако дальше происходит нечто другое: электрон подхватывают органические молекулы — флавины — которые и несут его наружу. Дальнейшая судьба электрона неизвестна, но флавины легко могут передать его минеральным частицам почвы, некоторым компонентам белков или даже другим бактериям.

Авторы показали, что описанный механизм присутствует не только у листерии, но и у самых разных обитателей человеческого кишечника, включая молочнокислую бактерию лактобациллу. По своему устройству он гораздо проще, чем система ВПЭ у минерал-зависимых анаэробов, поскольку флавины, как правило, присутствуют в изобилии. Возможно, именно в этом и состоит ответ на вопрос, зачем бактериям прибегать к таким изыскам в условиях избытка органики для сбраживания: «изыски» оказались не так уж сложны. Если минерал-зависимые анаэробы прибегают к этому способу получения энергии, потому что у них нет другого выхода, обитатели наших кишок занимаются этим просто потому, что это удобно.

То, что удобно бактериям, может оказаться удобным и для человечества. Бактерии, которые до сих пор пытались применить в микробных топливных ячейках, были очень капризны и не слишком конкурентоспособны в условиях реальной жизни, да и ВПЭ в их исполнении был громоздким и не слишком эффективным процессом. Не исключено, что более привычных нам бактерий удастся обучить выполнять этот трюк гораздо непринужденнее. Никто не знает, где именно произойдет прорыв в «зеленую энергетику» будущего, но каждая новая возможность повышает шансы, что он произойдет в ближайшие десятилетия.

Читать еще:  Агенты ФБР нашли «дом ужасов», набитый телами, пожертвованными науке

Другой аспект этой работы — более глубокое понимание процессов, происходящих, если можно так выразиться, в сокровенных недрах человека. Информация о том, что там, в таинственной тьме, кроме всего прочего еще и вырабатывается электричество, не может не волновать. Не исключено, что медицина сделает из этого факта и более практичные выводы.

Кишечные бактерии способны вырабатывать электричество

Исследователи Калифорнийского университета в Беркли утверждают, что кишечные бактерии, живущие внутри нас, способны запитать электронное микроустройство. По словам учёных, выработка электроэнергии необходима бактериям для выживания. Об этом информирует журнал Naturе.

Живые электрогенераторы в нашем кишечнике

В исследовании калифорнийских учёных выяснилось, что кишечные бактерии, такие как Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens и Enterococcus faecalis являются в своём роде «мини-генераторами» электроэнергии. К слову, перечисленные микроорганизмы болезнетворны, так как они провоцируют появление диареи, а в больших количествах приводят к заражению крови.

Кроме патогенов, вырабатывать электричество может и полезная микрофлора. Пробиотики рода Lactobacilli также способны электризоваться в процессе своей жизнедеятельности.

Способность бактерий вырабатывать электричество учёные сравнивают с дыханием. По словам микробиологов, эта особенность нужна микроорганизмам для получения питательных веществ в бескислородной среде кишечника.

Также, специалисты полагают, что кишечные микробы используют электрические сигналы для «общения» между собой. Благодаря внеклеточному переносу электронов бактерии обмениваются некой информацией, значение которой пока не установлено.

Для получения электричества кишечные бактерии используют флавин — витамин В2, который необходим человеку для кроветворения и переноса кислорода в клетку. Флавин попадает в кишечник вместе с растительной пищей, а затем идет на «корм» микроорганизмам.

Сколько электричества вырабатывают кишечные бактерии?

Калифорнийские учёные также заинтересовались, сколько электроэнергии могут генерировать кишечные бактерии человека. Для этого они провели ряд тестов и замерили вырабатываемую мощность у нескольких тысяч микроорганизмов.

Специалисты посчитали, что бактерии в нашем кишечнике могут вырабатывать до 100 000 электронов в секунду в расчёте на одну клетку. Такого заряда явно недостаточно, чтобы запитать лампочку или, например, светодиод. Однако факт того, чтобы кишечные микроорганизмы могут стать источником электроэнергии имеет огромное значение для человека.

Особым удивлением для учёных стало то, что лактобактерии, используемые при производстве сыра и молочных изделий, также вырабатывают электричество. Теперь, учитывая этот факт, специалисты стремятся выяснить, связана ли способность вырабатывать электричество у лактобактерий с изменением вкуса молочных продуктов. Ведь вполне вероятно, что именно это свойство полезных бактерий и создает определенный вкус кисломолочных изделий.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector