Бактериальное электричество

Бактериальное электричество

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали микрофлюидную технику, с помощью которой можно быстро анализировать небольшие образцы бактерий на предмет
определения специфических свойств, коррелирующих со способностью бактерий производить электричество. Кьянру Вонг (Qianru Wang) и Каллен Буи (Cullen Buie) научились определять электрохимическую
активность клеток бактерий по уровню их поляризуемости.

Исследование было проведено при поддержке американского Национального научного фонда (National Science Foundation) и Института совместных биотехнологий (Institute for Collaborative
Biotechnologies). Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Некоторые виды бактерий проявляют удивительные адаптационные условия, например, способны жить в условиях недостатка или даже полного отсутствия кислорода. Подобные микроорганизмы, живущие в самых
неожиданных локациях от угольных шахт до человеческого кишечника, научились уникальной форме дыхания, в результате которого они выделяют электроны. Этот процесс известен как внеклеточный перенос
электронов (EET). Грубо говоря, эти микробы способны генерировать электроэнергию.

Существуют разные варианты практического использования таких бактерий: от создания полноценных топливных элементов до систем очистки сточных вод. Однако на пути к этому исследователи столкнулись с
существенной проблемой. Распознать микробов, обладающие необходимыми электрическими способностями, оказалось не так просто, а выращивать их в лабораторных условиях еще сложнее.

Существующие методы исследования электрохимической активности бактерий предполагают выращивание крупных партий соответствующих клеток и измерение активности особых EET-белков. Это длительный и
скрупулезный процесс. В течение последних десяти лет научная группа под руководством Вонга и Буи искала способ упростить эту технологию и создавала различные версии микрофлюидных устройств для
анализа образцов бактерий с помощью явления диэлектрофореза.

Ранее исследователи использовали диэлектрофорез для быстрой сортировки бактерий по общим свойствам, например, по их размеру. В этот раз ученые решили применить метод для оценки электрохимической
активности бактерий. До этого с помощью диэлектрофореза сортировали бактерии, которые отличались друг от друга примерно так же, как лягушка отличается от птицы, а Вонг и Буи попробовали отличить
одну лягушку от другой, что значительно сложнее.

В своей новой работе исследователи использовали микрофлюидную установку для сравнения штаммов бактерий с разными уровнями электрохимической активности. В список штаммов входили как «дикие»
бактерии, способные генерировать электричество, так и штаммы, созданные генными инженерами в лаборатории. Ученые хотели понять, существует ли связь между способностью бактерий к производству
электричества и тем, как они ведут себя внутри микрофлюидного устройства под воздействием диэлектрофореза.

Они пропускали небольшие образцы каждого штамма через микрофлюидный канал в форме песочных часов и медленно (1 Вольт в секунду) повышали напряжение в нем в диапазоне от 0 до 80 Вольт.
Результирующее электрическое поле проталкивало клетки бактерий сквозь канал до тех пор, пока они не достигали самой узкой его части, где за счет диэлектрофореза на них действовала сила обратного
направления, в результате чего клетки попадали в своеобразную ловушку.

Одни бактерии попадали в нее при более низком напряжении, другие – при более высоком. Исследователи соотнесли соответствующие уровни напряжений с размерами клеток, что позволило им рассчитать
поляризуемость бактерий. Оказалось, что бактерии с большей электрохимической активностью имели более высокий уровень поляризуемости. Подобная корреляция была обнаружена у всех видов,
использовавшихся в научном эксперименте.

В настоящее время команда ученых получила для проверки партию новых штаммов бактерий, потенциал которых в вопросе генерирования энергии оценивается как высокий. Новый метод может найти применение
при производстве чистой энергии и биотоплива, а также в биоремедиации.

Журнал IT News    
Источник: http://www.it-world.ru/it-news/tech/143289.html