發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種發(fā)電細菌包括致病菌益生菌和發(fā)酵菌

雖然在諸如地雷和湖泊底層等異國情調(diào)的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生電能的細菌，但科學家卻錯過了離家較近的源頭：人類的腸道。

加利福尼亞大學伯克利分校的科學家們發(fā)現(xiàn)，一種常見的引起腹瀉的細菌單核細胞增生李斯特菌利用與已知的產(chǎn)電細菌完全不同的技術(shù)發(fā)電，并且數(shù)百種其他細菌物種使用同樣的過程。

許多這些引發(fā)細菌的細菌是人體腸道微生物組的一部分，許多像導(dǎo)致食源性疾病李斯特菌病的病毒一樣，也可能導(dǎo)致流產(chǎn)，是致病的。引起壞疽(產(chǎn)氣莢膜梭菌)和醫(yī)院獲得性感染(糞腸球菌)和一些引起疾病的鏈球菌的細菌也會產(chǎn)生電。其他致癌細菌，如乳酸桿菌，在發(fā)酵酸奶中很重要，許多是益生菌。

加州大學伯克利分校教授丹·波特諾伊說：“許多與人類相互作用的蟲子，無論是作為病原體還是在益生菌中，或在我們的微生物群中，還是參與人類產(chǎn)品的發(fā)酵，都是致電的 - 以前就已經(jīng)錯過了。”和細胞生物學以及植物和微生物生物學。“它可以告訴我們很多關(guān)于這些細菌如何感染我們或幫助我們擁有健康的腸道。”

對于那些目前試圖用微生物制造活細胞的人來說，這一發(fā)現(xiàn)將是個好消息。例如，這種“綠色”生物能源技術(shù)可以從廢物處理廠中的細菌產(chǎn)生電力。

該研究將于10月4日在Nature雜志上發(fā)表，并于9月12日在線發(fā)布。

呼吸金屬

細菌產(chǎn)生的電力與我們呼吸氧氣的原因相同：去除新陳代謝過程中產(chǎn)生的電子并支持能量產(chǎn)生。雖然動物和植物將電子轉(zhuǎn)移到每個細胞線粒體內(nèi)的氧氣中，但沒有氧氣的環(huán)境中的細菌 - 包括我們的腸道，還有酒精和奶酪發(fā)酵桶和酸性礦井 - 必須找到另一種電子受體。在地質(zhì)環(huán)境中，通常是細胞外的礦物 - 鐵或錳。在某種意義上，這些細菌“呼吸”鐵或錳。

將電子從細胞轉(zhuǎn)移到礦物質(zhì)需要一系列特殊的化學反應(yīng)，即所謂的細胞外電子傳遞鏈，它將電子作為微小的電流傳輸。一些科學家利用這條鏈來制造電池：將電極粘在這些細菌的燒瓶中，你就可以發(fā)電了。

新發(fā)現(xiàn)的細胞外電子傳遞系統(tǒng)實際上比已知的轉(zhuǎn)移鏈更簡單，并且似乎僅在必要時被細菌使用，可能在氧水平低時。到目前為止，這種更簡單的電子傳遞鏈已經(jīng)在具有單細胞壁的細菌中被發(fā)現(xiàn) - 被歸類為革蘭氏陽性細菌的微生物- 生活在具有大量黃素的環(huán)境中，其是維生素B2的衍生物。

“看起來這些細菌的細胞結(jié)構(gòu)和它們所占據(jù)的富含維生素的生態(tài)位使得電子從細胞中轉(zhuǎn)移出來變得更加容易和更具成本效益，”第一作者，博士后研究員Sam Light說。“因此，我們認為傳統(tǒng)研究的礦物呼吸細菌正在使用細胞外電子轉(zhuǎn)移，因為它對生存至關(guān)重要，而這些新發(fā)現(xiàn)的細菌正在使用它，因為它”很容易“。

為了了解該系統(tǒng)的穩(wěn)健性，Light與Lawrence Berkeley國家實驗室的Caroline Ajo-Franklin合作，他們探索了活微生物和無機材料之間的相互作用，以便在碳捕獲和封存以及生物太陽能發(fā)電中應(yīng)用。

她用一個電極來測量從細菌流出的電流 - 高達500微安 - 證實它確實是電生成的。實際上，它們產(chǎn)生的電量與每個細胞每秒約100,000個電子一樣多 - 就像已知的致電細菌一樣。

在Lactobacillus中存在這種系統(tǒng)特別有吸引力，Lactobacillus是對奶酪，酸奶和酸菜生產(chǎn)至關(guān)重要的細菌?；蛟S，他認為，電子傳遞在奶酪和酸菜的味道中起著重要作用。

“這是人們沒有意識到的細菌生理學的一個重要組成部分，可能會被操縱，”他說。

Light和Portnoy有更多關(guān)于這些細菌如何以及為何開發(fā)出這種獨特系統(tǒng)的問題。簡單性 - 通過一個細胞壁轉(zhuǎn)移電子更容易，而不是通過兩個細胞壁 - 而機會 - 利用無處不在的黃素分子去除電子 - 似乎使這些細菌能夠找到一種在氧氣中存活的方法 -富氧和貧氧環(huán)境。

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