Tarmbakteriernas chockerande hemlighet: De producerar elektricitet
KATEGORIER: Vetenskap / Medicin & Hälsa / Neurologi
Unikt enkelt system. Kan manipuleras. Bakteriebatterier kan bli något för framtiden.
Bild: Listeria bakterier transporterar elektroner genom cellväggen i utemiljön som små strömar, med hjälp av flavinmolekyler (gula prickar). (Amy Cao grafisk, upphovsrätt UC Berkeley)
2018-09-25: Medan bakterier som producerar elektricitet har hittats i exotiska miljöer som gruvor och sjöbottnar, har forskare missat en närmare källa: människans tarm.
Forskare från Kaliforniens Universitet, Berkeley, upptäckte att en vanlig diarréorsakande bakterie, Listeria monocytogenes, producerar elektricitet på ett annorlunda sätt i jämförelse med andra kända elektrogena bakterier. De upptäckte även att hundratals andra bakteriearter använder samma process.
Många av dessa bakterier utgör en del av den mänskliga tarmfloran och många av dessa bakterier såsom den bakterie som orsakar matburna sjukdomen listeri och som även kan orsaka missfall är patogena.
De bakterier som orsakar gangrän (Clostridium perfringens) och sjukhusförvärvade infektioner (Enterococcus faecalis) liksom vissa sjukdomsframkallande streptokockbakterier producerar också el.
Andra elektrogena bakterier, som Lactobacilli, som är viktiga vid jäsning av yoghurt, är bra för tarmen.
Enligt Dan Portnoy, professor i molekylär och cellbiologi samt växt- och mikrobiell biologi, tycker att det är häpnadsväckande att man hittills helt missat att så många bakterier i den mänskliga kroppen producerar elektricitet.
”Dessa bakterier kan berätta mycket för oss om hur de smittar oss eller hur de hjälper oss att utveckla en hälsosam tarm.” hävdar Portnoy.
Upptäckten kommer att vara goda nyheter för de som försöker skapa levande batterier med bakterier.
Forskningen kommer att publiceras i tidskriften Nature den 4 oktober 2018.
Bakterier genererar elektricitet av samma anledning vi andas in syre: för att avlägsna elektroner som produceras under metabolismen och för att stödja energiproduktionen.
Medan djur och växter överför elektroner till syre inuti mitokondrierna i varje cell måste bakterier i miljöer utan syre inklusive i tarmen hitta en annan receptor. I geologiska miljöer, såsom i gruvor är det oftast ett mineral såsom järn eller mangan utanför cellen. I vissa avseenden andas dessa bakterier järn eller mangan.
För att överföring av elektroner från en cell till ett mineral skall vara möjlig en rad speciella kemiska reaktioner äger rum. Den så kallade extracellulära elektronöverföringskedjan bär elektronerna som en liten elektrisk ström. Vissa forskare tror att man kan tillverka ett batteri genom att ta tillvara på denna kedja. Sticker man en elektrod i en kolv med bakterier kan man generera el.
Det nyupptäckta systemet för att överföra elektroner är enkel i jämförelse med den redan kända överföringskedjan och verkar endast användas av bakterier vid behov, kanske när syrehalten är låg.
Hittills har denna enklare elektronöverföringskedja hittats i bakterier med en enda cellvägg som lever i en miljö med mycket flavin, som är ett derivat av vitamin B2.
Forskarna mätte också den elektriska strömmen som bakterierna producerar med hjälp av en elektrod. De tillverkar ungefär lika mycket elektricitet som andra kända elektrogena bakterier, cirka 100 000 elektroner per sekund per cell.
Forskarna är fascinerade av möjligheterna att bland annat manipulera smaken av till exempel ost, yoghurt och surkål om elektrontransporten spelar någon roll.
De tycker också att det är intressant att dessa bakterier utvecklade ett unikt system.
Svensk forskning
Även Lunds Universitets forskare har studerat tarmbakterier som gör elektrisk ström. Man har fokuserat på mjölksyrabakterien Enterococcus faecalis, som finns i magtarmkanalen hos människa och djur.
"Forskarna har i den aktuella studien undersökt vad som krävs för att elektroner från bakterien ska transporteras till en elektrod. Resultaten från deras laboratorieexperiment visar att enterokocker placerade vid en elektrod kan ge upphov till elektrisk ström som skapas genom ämnesomsättningen i cellen. Vad som konkret händer är att elektroner frisätts när bakterien bryter ner socker inne i sin cell. Själva överföringen av elektroner till elektroden görs med hjälp av så kallade kinonmolekyler i cellhöljet." Läs mer: Bakterier gör elektrisk ström av socker i din tarm. Lunds Universitet.
Källa:
Gut bacteria’s shocking secret: They produce electricity. News UC Bekeley.
Journal referens:
Samuel H. Light, Lin Su, Rafael Rivera-Lugo, Jose A. Cornejo, Alexander Louie, Anthony T. Iavarone, Caroline M. Ajo-Franklin, Daniel A. Portnoy. A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0498-z