Madenler ve göllerin dibi gibi egzotik ortamlarda bulunan bakteriler elektrik üretirken, bilim insanları daha yakın bir kaynağı gözden kaçırdılar ; insan bağırsağı.
California Üniversitesi ’den bilim insanları, Listeria monocytogenes olarak bilinen ve genel olarak ishal yapan bir bakterinin elektrojenik bakterilerden tamamen farklı bir teknik kullanarak elektrik ürettiğini ve yüzlerce başka bakteri türünün de aynı süreci kullandığını keşfettiler.
Bu ilgi uyandıran bakterilerin çoğu insan bağırsağı mikrobiyomunun bir parçasıdır. Bir çoğu Listeriosis gibi gıda kaynaklı hastalıklara neden olmakla birlikte gebelikte düşüklere de neden olabilir ve hastalık yapıcıdır.
Aynı zamanda, bu bakteriler kangrene ve hastane kaynaklı enfeksiyonlara neden olur. Bazı hastalıklara de neden olan bu streptokok bakteriler elektrik de üretir. Diğer elektrojenik bakteriler , lactobacillus gibi yoğurdun mayalanmasını sağlayan bakteriler ve bir çok probiyotiklerdir .
Kaliforniya Üniversitesi bitki ve mikrobik biyoloji , moloküler ve hücre biyolojisi profesörü Don Portnoy , “Aslında gerçek şu ki ; insanlarda bakteriyel olarak etkileşimde bulunan bir çok patojenler veya probiyotikler , mikrobiyomumuz da yada insan ürünlerinin fermantasyonuna dahil olanlar, elektrojenik olduğu gerçeği daha önce gözden kaçırıldı.” dedi. “Bu bakteriler bize , sağlıklı bağırsaklara sahip olmamız için ne yapmamız gerektiğine ve bakterilerin bizi nasıl etkilediğine dair pek çok şey anlatabilir. ”
Bu keşif, mikroplardan pil üretmeye çalışanlar için iyi haber olacak. Örneğin atık arıtma tesislerinde bakteriden “yeşil” biyoenerji teknolojileri ile elektrik üretilmesi mümkün olacaktır.
Bu araştırma 12 Eylül tarihinde online olarak webde yayınlanmış olup , 4 Ekim 2018 tarihinde Nature dergisinde basılı olarak yayınlanacaktır.
Metan Solumak
Bakterilerde bizim oksijen solumamız ile aynı sebepten elektrik üretirler ; metabolizmanın çalışma esnasında üretilen elektronları uzaklaştırmak ve enerji üretimini desteklemek. Oysa hayvanlar ve bitkilerde her hücrenin mitokondrisine oksijenin bulunmadığı ortamlarda içindeki elektronlarını oksijene aktarır, bağırsaklarımız dahil olmak üzere, alkol ve peynir mayalanma tankları ,aynı zamanda kanalizasyon boruları gibi oksijensiz ortamlarda bulunan bakteriler başka bir elektron alıcısı bulmak zorundadırlar.
Hücrenin dışındaki jeolojik ortamlarda sıklıkla bir mineral bulunmaktadır (örneğin demir ve magnezyum ) .Bir bakıma, bu bakteriler ,demir veya manganez “solurlar”.Bir mineralin elekronları hücrenin dışına transfer etmesi için , elektronları küçük bir elektrik akımı olarak taşıyan hücre dışı elektron transfer zinciri adı verilen özel bir reaksiyon gereklidir.
Bazı bilim insanları bu zincirden batarya yapmak için bağlantı oluşturdular : bu bakterilerin bulunduğu bir şişeye bir elektrot yerleştirdiğinizde elektrik üretebilirsiniz.Yeni keşfedilen hücre dışı elektron transfer sistemi aslında şimdiki bilinen transfer zinciri sisteminden daha basittir ve sadece bakteri ihtiyaç duyduğunda , belki de oksijen düzeyi düşük olduğunda bu sistemi kullanıyor gibi görünmektedir.
Şimdiye kadar, bu basit elektron transfer zinciri sistemi ,tek duvarlı hücre yapısına sahip vitamin B2 türevleri olan ve çok miktarda flavin içeren ortamda yaşayan bakteride bulundu –bu mikroplar gram pozitif bakteriler olarak sınıflandırılmaktadır. Doktora sonrası çalışmalarını sürdüren ve çalışmanın sorumlu makale yazarı Sam Light “Öyle görünüyor ki , bu bakterilerin hücre yapısı ve vitamin bakımından zengin ekolojik yerleşim oyuğu , işgal ettikleri hücreden elektronları transfer etmek için yapılan işlemi daha kolay ve daha sorunsuz hale getirir. ” dedi. ”
Böylece, geleneksel olarak incelenen mineral-soluyucu bakteriler için hücre dışı elektron transfer sisteminin hayatta kalmak için önemli olduğunu ve bu yeni tanımlanan bakterilerin onu ‘kolay’ olduğu için kullanmakta olduklarını düşünüyoruz. “Bu sistemin ne kadar güçlü olduğunu görmek için , Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvar çalışanlarından Caroline Ajo-Franklin’inde içinde bulunduğu bir ekip ,karbon yakalama ve sekestrasyon ve biyo-güneş enerjisi üretiminde olası uygulamalar için canlı mikroplar ve inorganik malzemeler arasındaki etkileşimleri araştırıyor.Caroline Ajo-Franklin ,bakteriden akan elektrik akımını ölçmek için gerçekten bakterilerin elektrojen olduğunu doğrulayan 500 mikro amperlik bir elektrot kullandı .Aslında , elektrik üreten elektrojenik olarak adlandırılan bakteriler hücre başına saniyede 100.000 elektron üretmektedirler.
Sam Light ,peynir, yoğurt ve lahana turşusu mayalanması için çok önemli olan Lactobacillus ismi verilen bir cins bakteri ile özellikle ilgilenmekte. .Bu elektron transferinin, peynire ve lahana turşusuna tat vermesinde önemli bir rol oynadığını öne sürüyor.” Bu, insanların var olduğunu fark etmedikleri bakteri fizyolojisinin önemli bir kısmı ve potansiyel olarak moniple edilebilir” ,dedi.
Sam Light and Dan Portnoy Portnoy ’nun , bu bakterilerin nasıl ve neden böyle benzersiz bir sistem geliştirdiği hakkında birçok soruları mevcut. Kolaylık – Elektronun iki hücre duvarını geçerek elektron transfer etmesi yerine bir hücre duvarından geçerek elektron transfer etmesi daha kolay – ve fırsat -elektronlardan kurtulmak için her yerde bulunan flavin moleküllerinden yararlanmak- bu bakterilerin hem oksijen açısından zenginleşmesini hem de oksijensiz ortamlarda hayatta kalmasının bir yolunu bulmasını sağladı.
California Üniversitesi – Berkeley tarafından hazırlanan makale https://www.nature.com sitesinde yayınlanmıştır.
Çeviri: İbrahim Özkaraca