Forskere finder ud af, at hundreder af tarmbakterier er elektriske
Ny forskning afslører en overraskende kendsgerning om mange typer tarmbakterier: de kan generere elektricitet.
Elektrogene bakterier er dem, der er i stand til at producere en vis mængde elektricitet.
Af denne grund undersøger igangværende forskning måder at bruge disse mikroorganismer til at udvikle alternative, mere bæredygtige batterilignende enheder.
Indtil videre er der fundet elektrogene bakterier i temmelig specifikke naturlige miljøer, såsom sedimenterne i forskellige vandområder.
Disse miljøer er typisk anaerobe, hvilket betyder at de ikke indeholder frit ilt. Nu for første gang har forskere fra University of California, Berkeley fundet ud af, at hundrede forskellige bakterier i den menneskelige tarm også er elektrogene.
Disse inkluderer mange typer bakterier, fra patogene, der er i stand til at forårsage sygdom, til probiotiske bakterier, der fremmer tarmens sundhed. Alligevel producerer disse tarmbakterier elektricitet ved hjælp af en anden mekanisme end den, der anvendes af kendte elektrogene bakterier fra andre miljøer.
Forskerne - ledet af prof. Dan Portnoy - rapporterer deres vigtige opdagelse i et studieoplæg, der vises i tidsskriftet Natur.
En overraskende opdagelse
Prof. Portnoy og teamet forklarer, at nogle af de tråde af elproducerende bakterier, som de nu har identificeret, inkluderer Listeria monocytogenes (en almindelig synder i tilfælde af diarré), Clostridium perfringens (som forårsager koldbrand) og Enterococcus faecalis (et patogen undertiden erhvervet under hospitalsophold).
Imidlertid er mange andre elektricitetsproducerende bakterier i tarmen godartede. Nogle af disse er probiotika, bemærker forskerne, mens andre, som f.eks Lactobacilli stammer, spiller en rolle i gæringen.
"Det faktum, at så mange bugs, der interagerer med mennesker, enten som patogener eller i probiotika eller i vores mikrobiota eller involveret i gæring af humane produkter, er elektrogene - det var gået glip af før."
Prof. Dan Portnoy
Dette tilføjer han, "kunne fortælle os meget om, hvordan disse bakterier inficerer os eller hjælpe os med at få en sund tarm."
Forskerne forventer også, at deres uventede fund også kan være nyttigt i fremtidige projekter, der sigter mod at skabe mikrobiel brændselscelle, en innovativ strategi til at generere vedvarende energi.
Forskerne forklarer, at bakterier genererer elektricitet som en del af deres stofskifte, i en proces, de sammenligner med vejrtrækning.
Mens organismer som planter og dyr, der lever i iltrige miljøer, bruger ilt til at hjælpe dem med deres stofskifte, skal bakterier, der opholder sig i anaerobe miljøer, bruge andre kemiske grundstoffer.
Så bakterier, der befinder sig i bunden af søer, bruger typisk et mineral, såsom jern eller mangan, under deres komplekse metaboliske proces og genererer derved elektricitet.
Tarmbakterier: Elektrogene, fordi det er 'let?'
De elektrogene bakterier, der findes i tarmen, ser imidlertid ud til at have en enklere elproducerende proces, og de bruger en organisk forbindelse kendt som flavin, som er et vitamin B-2-derivat.
”Det ser ud til, at cellestrukturen af disse bakterier og den vitaminrige økologiske niche, de besætter, gør det betydeligt lettere og mere omkostningseffektivt at overføre elektroner ud af cellen,” forklarer den første undersøgelsesforfatter Sam Light.
"Således," siger han, "tror vi, at de konventionelt undersøgte mineralrespirerende bakterier bruger ekstracellulær elektronoverførsel, fordi det er afgørende for overlevelse, mens disse nyligt identificerede bakterier bruger det, fordi det er 'let'."
I samarbejde med eksperter fra Lawrence Berkeley National Laboratory ved University of California gennemførte Light og kolleger yderligere tests for at se, hvor meget elektricitet disse tarmbakterier er i stand til at producere.
De fandt ud af, at tarmbakterier genererer næsten lige så meget elektricitet som andre elektrogene bakterier: op til 100.000 elektroner pr. Sekund pr. Celle.
Især var de overraskede over at finde ud af det Lactobacillus - en bakteriel streng, der spiller en rolle i gæringen og bruges til at fremstille ost, yoghurt og surkål - har elektrogene egenskaber.
Nu spekulerer Light og kolleger på, om disse egenskaber overhovedet er relevante for smagen Lactobacillus skaber i fødevarer fremstillet ved gæring.
”Dette er en hel stor del af bakteriologiens fysiologi, som folk ikke vidste, eksisterede,” konkluderer Light, “og det kunne potentielt manipuleres.”
