Disse mikrober spiser elektroner til energi

Den menneskelige krop er befolket af et større antal mikrober end dens egne celler. Disse mikrober overlever ved hjælp af metaboliske veje, der varierer drastisk fra menneskers.

Arpita Bose, Ph.D., fra Washington University i St. Louis, er interesseret i at forstå metabolismen af ​​disse allestedsnærværende mikroorganismer, og bruge den viden til at håndtere energikrisen og andre applikationer.

Et af de største forskningsspørgsmål for hendes laboratorium involverer forståelse af fotoferrotrofi, eller ved at bruge lys og elektroner fra en ekstern kilde til kulstoffiksering. En stor del af energikilden mennesker forbruger kommer fra kulstoffiksering i fototrofiske organismer som planter. Kulstoffiksering involverer at bruge energi fra lys til at brænde produktionen af ​​sukkerarter, som vi derefter forbruger til energi.

Før Bose begyndte sin forskning, Forskere havde fundet ud af, at nogle mikrober interagerer med elektricitet i deres omgivelser, selv donere elektroner til miljøet. Bose antog, at det omvendte også kunne være sandt, og forsøgte at vise, at nogle organismer også kan acceptere elektroner fra metaloxider i deres miljøer. Ved at bruge en bakteriestamme kaldet Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1), Bose identificerede denne proces kaldet ekstracellulær elektronoptagelse (EEU).

Efter at have vist, at nogle mikroorganismer kan optage elektroner fra deres omgivelser og identificere en samling gener, der koder for denne evne, Bose fandt ud af, at denne evne var afhængig af, om der også var en lyskilde til stede. Uden tilstedeværelse af lys, disse organismer mistede 70 % af deres evne til at optage elektroner.

Fordi de organismer, som Bose studerede, kan stole på lys som energikilde, Bose antog, at denne afhængighed af lys for elektronoptagelse kunne betyde en funktion af elektronerne i fotosyntesen. Med efterfølgende undersøgelser, Boses team fandt ud af, at disse elektroner, som mikroorganismerne tog, kom ind i deres fotosystem.

For at vise, at elektronerne spillede en rolle i carbonfiksering, Bose og hendes team så på aktiviteten af ​​et enzym kaldet RuBisCo, som spiller en integreret rolle i at omdanne kuldioxid til sukkerarter, der kan nedbrydes til energi. De fandt, at RuBisCo var stærkest udtrykt og aktivt, da EEU fandt sted, og det, uden RuBisCo tilstede, disse organismer mistede deres evne til at optage elektroner. Dette fund tyder på, at organismer som TIE-1 er i stand til at optage elektroner fra deres miljø og bruge dem sammen med lysenergi til at syntetisere molekyler til energikilder.

Ud over at udvide vores forståelse af den store mangfoldighed i stofskifte, Boses forskning har dybtgående konsekvenser for bæredygtighed. Disse mikrober har potentialet til at spille en integreret rolle i ren energiproduktion.