Forskare finner att hundratals tarmbakterier är elektriska
Ny forskning avslöjar ett överraskande faktum om många typer av tarmbakterier: de kan generera elektricitet.
Elektrogena bakterier är de som kan producera en viss mängd elektricitet.
Av denna anledning undersöker pågående forskning sätt att använda dessa mikroorganismer för att utveckla alternativa, mer hållbara batteriliknande enheter.
Hittills har elektrogena bakterier hittats i ganska specifika naturliga miljöer, såsom sedimenten i olika vattendrag.
Dessa miljöer är vanligtvis anaeroba, vilket innebär att de inte innehåller fritt syre. För första gången har forskare från University of California, Berkeley, funnit att hundratals olika bakterier i den mänskliga tarmen också är elektrogena.
Dessa inkluderar många typer av bakterier, från patogena som kan orsaka sjukdomar, till probiotiska bakterier som främjar tarmhälsan. Ändå producerar dessa tarmbakterier elektricitet med en annan mekanism än den som används av kända elektrogena bakterier från andra miljöer.
Forskarna - ledda av professor Dan Portnoy - rapporterar sin viktiga upptäckt i en studiepapper som visas i tidskriften Natur.
En överraskande upptäckt
Prof. Portnoy och teamet förklarar att några av de delar av elgenererande bakterier som de nu har identifierat inkluderar Listeria monocytogenes (en vanlig skyldig i fall av diarré), Clostridium perfringens (vilket orsakar koldbrand) och Enterococcus faecalis (en patogen som ibland förvärvas under sjukhusvistelser).
Men många andra elproducerande bakterier i tarmen är godartade. Några av dessa är probiotika, observerar forskarna, medan andra, såsom Laktobaciller stammar, spela en roll vid jäsning.
"Det faktum att så många buggar som interagerar med människor, antingen som patogener eller i probiotika eller i vår mikrobiota eller är inblandade i fermentering av mänskliga produkter, är elektrogena - det hade missats tidigare."
Prof. Dan Portnoy
Detta tillägger han, "kan berätta mycket om hur dessa bakterier infekterar oss eller hjälper oss att få en hälsosam tarm."
Forskarna förväntar sig också att deras oväntade upptäckt också kan vara till hjälp i framtida projekt som syftar till att skapa mikrobiella bränsleceller, en innovativ strategi för att generera förnybar energi.
Forskarna förklarar att bakterier genererar elektricitet som en del av deras ämnesomsättning, i en process som de jämför med andningen.
Men medan organismer som växter och djur, som lever i syrerika miljöer, använder syre för att hjälpa dem i deras ämnesomsättning, måste bakterier som finns i anaeroba miljöer använda andra kemiska element.
Så, bakterier som finns längst ner i sjöar använder vanligtvis ett mineral, såsom järn eller mangan, under deras komplexa metaboliska process, vilket genererar elektricitet.
Tarmbakterier: elektrogena eftersom det är "lätt?"
Emellertid verkar de elektrogena bakterierna som finns i tarmen ha en enklare elgenereringsprocess och de använder en organisk förening som kallas flavin, vilket är ett vitamin B-2-derivat.
"Det verkar som att cellstrukturen hos dessa bakterier och den vitaminrika ekologiska nischen som de upptar gör det betydligt enklare och mer kostnadseffektivt att överföra elektroner ur cellen", förklarar den första studieförfattaren Sam Light.
"Således", säger han, "tror vi att de konventionellt studerade mineralrespirerande bakterierna använder extracellulär elektronöverföring eftersom det är avgörande för överlevnad, medan dessa nyligen identifierade bakterier använder det eftersom det är" lätt "."
I samarbete med experter från Lawrence Berkeley National Laboratory vid University of California genomförde Light och kollegor ytterligare tester för att se hur mycket el dessa tarmbakterier kan producera.
De fann att tarmbakterier genererar nästan lika mycket el som andra elektrogena bakterier: upp till 100 000 elektroner per sekund per cell.
I synnerhet blev de förvånade över att upptäcka det Lactobacillus - en bakteriesträng som spelar en roll vid jäsning och används för att tillverka ost, yoghurt och surkål - har elektrogena egenskaper.
Nu undrar Light och kollegor om dessa egenskaper alls är relevanta för den smak som Lactobacillus skapar i livsmedelsprodukter som erhållits genom jäsning.
"Det här är en helt stor del av fysiologin hos bakterier som människor inte insåg existerade", avslutar Light, "och det kan potentiellt manipuleras."
