Az élet olyan helyeken is utat tör magának, ahol a legkevésbé számítanánk rá. Miközben mi és a legtöbb élőlény oxigénnel lélegzünk, a Föld eldugott zugaiban is pezseg az élet, ahol a levegő jelenléte elképzelhetetlen. Ezekben a látszólag barátságtalan közegekben különleges baktériumok élnek, amelyek nem légzéssel, hanem elektronleadással biztosítják fennmaradásukat. A Rice Egyetem kutatói nemrégiben tanulmányozták ezeket a mikroorganizmusokat, és feltárták, hogyan lehet őket tudományos és technológiai célokra hasznosítani a jövőben.
Elektronokkal lélegző mikroorganizmusok
A baktériumok ezen csoportja nem oxigént használ az energia előállítására, hanem a környezetükben található vezető felületekre juttatják ki a felesleges elektronokat. Ezt a jelenséget extracelluláris elektrontranszfernek (EET) nevezzük, amely során a mikrobák molekuláris “futárokat” alkalmaznak az elektronok kijuttatására a sejten kívülre. Ilyen mikroorganizmusokkal találkozhatunk például a mélytengeri hőforrások közelében vagy akár az emberi bélrendszerben.
Ezzel a különös “elektromos légzéssel” oxigén nélkül is képesek energiát nyerni a táplálékból. Gyakorlatilag úgy működnek, mint egy biológiai akkumulátor: a sejtekből kiáramló elektronokat átadják a környezetüknek, ami mérhető elektromos áram formájában jelentkezik.
Szimulációtól a laboratóriumi bizonyításig
Ajo-Franklin és kutatótársai nem álltak meg az elméleti kérdéseknél. A baktériumok viselkedését számítógépes modellezéssel is vizsgálták oxigénmentes, de vezetőképes környezetben. Az eredmények azt mutatták, hogy a mikrobák azon felül, hogy életben maradtak, elektromos áramot is termeltek.
A laboratóriumi tesztek még inkább megerősítették a feltételezéseket: amikor a baktériumokat vezető anyagokra helyezték, azok tovább növekedtek és elektromosságot termeltek. Ez a folyamat pedig komoly technológiai potenciált rejt magában.
A tiszta energia jövője
A felfedezés jelentősége nem korlátozódik a mikrobák megértésére. A kutatás rávilágít arra is, hogyan lehetne biológiai rendszereket beépíteni az energiatárolás és -termelésbe. A baktériumok a fotoszintézishez hasonló módon hasznosíthatják a megújuló energiát – annyi különbséggel, hogy nem napfényt, hanem vezető felületeket használnának hozzá.
A kutatók szerint az ilyen baktériumok alkalmazása csökkenthetné a szennyvíztisztítási rendszerek energiaigényét, emellett melléktermékként áramot is termelnének. Továbbá a biotechnológiai eljárásokban is hasznosak lehetnek, mivel az elektronleadásuk segíthet fenntartani a sejtek megfelelő működését.
A felfedezés egyik legizgalmasabb aspektusa, hogy a vizsgált folyamat valójában nem új – csak eddig nem került fókuszba. A baktériumok ugyanis már régóta használják ezt a stratégiát túlélésre oxigénmentes környezetben. A modern tudomány azonban most először képes pontosan modellezni, mérni és ami a legfontosabb, alkalmazni is ezt a képességet.
A tanulmányban leírtak szerint a baktériumok amellett, hogy túlélnek ilyen körülmények között, képesek stabil energiatermelő rendszerként is működni. Ez azt jelenti, hogy a jövő energiahálózataiban akár élő mikroorganizmusok is helyet kaphatnak – bioakkumulátorokként vagy élő szenzorokként, amelyek folyamatosan termelnek.
Kihívások és lehetőségek
Természetesen a baktériumok ipari méretű alkalmazása még a jövő feladata. Számos kérdés maradt nyitva, például az, hogy hogyan lehet ezeket az eljárásokat biztonságosan, hatékonyan és hosszú távon irányítani. A kutatók szerint az egyik fő kihívás annak feltérképezése, hogyan viselkednek a baktériumok valós környezetben. Ugyanakkor a lehetőségek miatt megéri tovább dolgozni. A bioelektrokémia gyorsan fejlődő terület, és a mostani áttörés új kutatási irányokat nyithat meg.
Ahogy a világ egyre inkább az energiahatékonyság és a klímavédelem felé fordul, a legkisebb élőlények kínálhatják a legtisztább megoldásokat. A Rice Egyetem kutatása egyfajta iránymutatás a fenntartható technológiák fejlesztéséhez. A baktériumok, amelyeket eddig mikroszkóp alatt vizsgáltunk, most kulcsszereplőivé válhatnak az energiaforradalomnak.
Források: NRGreport , Interesting Engineering
