北京時間9月19日消息, 據國外媒體報道, 目前, 科學家最新一項研究表明, 人體腸道細菌能夠 '發電' . 該研究報告發表在近期出版的《自然》雜誌上. 研究報告合著作者, 美國加州大學伯克利分校微生物學家丹尼爾·波特努瓦 (Daniel Portnoy) 稱, 發電細菌並非一個新概念, 在遠離人類生活的環境中可以找到, 例如: 湖泊底部.
但是之前科學家還不知道腐爛植物或者哺乳動物體內的細菌能以一種更簡單的方式發電, 尤其是農場牲畜. 在實驗室裡, 波特努瓦和研究小組首次培育了一批單核細胞增生李斯特菌, 在日常飲食中, 人們很容易吞入這種細菌, 從而感染李斯特菌病. 這種食物中毒對免疫系統低下, 孕婦 (可能導致流產) , 新生兒和老年人群最危險.
通過將單核細胞李斯特菌放置在電化室裡, 能用電線或者電極捕獲生成的電子, 研究小組發現這些食源性細菌可以產生電流.
該發現為什麼令人驚奇?
波特努瓦指出, 為什麼一些細菌產生電流存在幾個原因, 例如: 移除新陳代謝過程產生的電子, 但最主要的目的是製造能量.
研究報告第一作者, 加州大學伯克利分校博士後研究員薩姆·萊特 (Sam Light) 說: '但是單核細胞李斯特菌也有產生能量的其它方式, 例如通過使用氧氣. '
這種發電過程可能是 '特定條件下使用的備用系統' , 例如: 它們可能在腸道低氧狀態下啟動發電功能.
研究人員篩選了突變細菌 (那些基因缺失或者改變的細菌) , 從而確定哪些基因是細菌產生電能所必需的. 這些基因反過來會編碼某些蛋白質, 而這些蛋白質是發電的關鍵因素.
他們發現這種細菌使用的發電系統 (攜帶電子脫離細菌的一連串蛋白質) , 比其它的電致細菌 (例如生活在湖底的細菌) 使用的發電系統更加簡單.
以前大多數發電系統都是在革蘭氏陰性菌中發現的, 或者它們的細胞壁是由兩層構成, 從而使細菌內部和外部環境隔離. 研究人員最近分析的細菌呈革蘭氏陽性, 意味著它們的細胞壁只有一層, 電子向外釋放的障礙少了一層.
但是當電子抵達細菌外部, 就不清楚電子會流向何處. 其它致電細菌通常會將電子轉移到外部環境中的鐵或者錳等礦物質. 在研究小組的實驗中, 電子會流入電極, 腸道中許多不同分子, 例如: 鐵, 可能會結合并接受電子.
同時, 研究人員發現這些致電細菌需要黃素蛋白質存活下來, 黃素是維生素B2的一種變體, 在腸道中大量存在. 研究人員後來發現這種細菌不僅需要黃素才能存活, 而且周圍環境中自由漂浮的黃素可以增強細菌的發電活性.
發電細菌
一旦研究小組知道哪些基因負責發電, 他們將使用類似進程進一步識別數百種發電細菌, 通常一些細菌存在於腸道之中, 而其它細菌則在乳酪發酵或作為益生菌方面發揮著重要作用.
美國伊利諾大學微生物學家拉蒂·卡霍恩 (Laty Cahoon) 和南希·弗賴塔格 (Nancy Freitag) 並未參與這項研究, 他們指出, 考慮到細菌可能在我們腸道高帶電環境下生存, 這種最新發電方式可能有助於設計細菌基礎能量生成技術.
萊特稱, 目前已有研究人員研製微生物燃料電池, 或者使用細菌利用有機物發電的電池, 就像垃圾處理廠一樣. 因為這種最新工藝較簡單, 所以有可能進行改進, 但目前對此定論還為時過早.
萊特更感興趣的是知曉腸道內究竟發生了什麼——哪些分子從細菌獲得電子, 以及這個過程如何影響細菌的生存.
