Электричество от бактерий – новый шаг на пути к «био-батарее»
Важным шагом на пути к созданию «био-батареи» стало понимание того, как бактерии вырабатывают электричество, когда белки в их клеточных мембранах вступают в контакт с поверхностью минералов, сообщает Live Science. Ученым уже давно известно, что морские бактерии в глубоководных слоях океана и в почвах, известные как Shewanella oneidensis, могут вырабатывать электрический ток при взаимодействии с тяжелыми металлами (например, с железом и марганцем).
Исследования показали, что белки могут переправлять электроны сквозь мембрану с достаточно высокой скоростью, чтобы производить необходимое для существования бактерии количество энергии.
Подобно тому, как люди дышат кислородом и используют его для получения энергии, бактерии Shewanella могут использовать минералы (оксид железа), для дыхания, говорит Лян Ши (Liang Shi), микробиолог из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Ричланд, штат Вашингтон). Бактерии, как известно, производят ток путем перемещения электронов через их клеточные мембраны, «но, как происходит перенос электронов от бактерий к минералам, было не до конца ясно», - говорит Ши.
Существуют две основные версии, как этот процесс осуществляется: мембранные белки могут переносить электроны непосредственно на поверхность минерала, либо белки могут использовать другие молекулы, которые помогают им перенести электроны через клеточную мембрану.
Чтобы показать, как мембранные белки в этих бактериях вырабатывают электрический ток, ученые создали пузыреобразную структуру из молекул жиров, усеянную белками, которые имитировали бы клеточную мембрану. «Гораздо проще изучать такие пузырьки, а не реальные бактериальные клетки, которые переполнены другими структурами», -говорит Ши. Опыты также проводились в бескислородной среде, так как кислород может вмешиваться в химические реакции.
Пузырьки, содержащие внутри «донора» электронов, подвергались воздействию железосодержащих минералов, находящихся снаружи. Исследователи измерили скорость электрического тока, проходящего через мембрану.
Скорость тока оказалась достаточно высокой, что позволило предположить: бактерии используют этот механизм для создания собственных электрических токов в природных условиях.
«Наше исследование показывает, что эти белки могут непосредственно касаться поверхности минерала и производить электрический ток, а это означает, что бактерии могут находиться на поверхности металла или минерала и проводить электричество через свои мембраны», - говорит руководитель исследования Том Кларк (Tom Clarke), биолог из Университета Восточной Англии, Великобритания.
Понимание процессов, в которых участвуют эти бактерии, позволит ученым в разработке био-батарей, которые могут «запасать» энергию для сенсоров в удаленных средах. С другой стороны, обратный процесс - ввод электричества в бактерии, - может быть использован, чтобы «заставить» бактерии производить полезные материалы.
Био-батареи уже разрабатываются, сообщает Ши, хотя и не в рамках данного исследования. Следующий вопрос заключается в том, как эти белки, транспортирующие электроны, вписывается не только в лабораторные пузырьки, но и в систему в целом.
Анжелика Соколова nauka21vek.ru