Трансгенная кишечная палочка превратила сточные воды в электричество

Бактерии довольно однообразны внешне — чаще всего это просто шарики или палочки, что неудивительно при их размерах в считаные микроны. Зато метаболизм бактерий чрезвычайно разнообразен, в отличие от очень похожих друг на друга в этом отношении животных или растений.

Некоторые микробы даже способны вырабатывать электричество. Такова, к примеру, шеванелла Shewanella oneidensis, обитающая на дне океана в бескислородных условиях, а иногда и в почве. Шеванелла умеет восстанавливать металлы, сбрасывая на них электроны — побочный продукт своего обмена веществ. Восстановление представляет собой процесс, противоположный окислению, поэтому такие бактерии можно использовать для защиты металлов от коррозии.

Бактерии S. oneidensis способны перемещаться, находить несущие заряд частички металла и, осев на них, вырабатывать энергию за счет химических реакций. Затем микробы могут вновь начать активно двигаться, пока им не придется опять осесть на металл для «подзарядки».

Эти микробы — перспективный инструмент для биотехнологии и техники, вот только иметь дело с такими экзотическими и капризными бактериями сложно. Поэтому авторы новой статьи для журнала Joule решили подыскать им альтернативу, а именно — сделать «электростанцию» из доступной и хорошо изученной кишечной палочки E. coli.

Кишечная палочка может многое, но с выработкой электричества (то есть сбрасыванием электронов наружу), в отличие от упомянутых «электробактерий», справляется плохо. Причина связана с устройством ее электронотранспортной цепи — набора молекул, которые перебрасывают электрон между собой, что необходимо для использования его энергии при обмене веществ.

Ученые решили это изменить: они перенесли в кишечную палочку систему транспорта электронов из той самой шеванеллы. Ее компоненты разместили на обоих мембранах E. coli и в пространстве между ними — в результате кишечная палочка начала генерировать электричество намного лучше. В целом эта конструкция из трансгенной бактерии оказалась втрое эффективнее, чем другие технологии получения «микробного электричества».

E. coli хороша тем, что непривередлива к среде, на которой растет: ей подойдут любые богатые органикой отходы вроде сточных вод. Авторы исследования доказали это на практике, вырастив свою «электрическую кишечную палочку» на ряде питательных сред, в том числе на отходах местной пивоварни в Лозанне (Швейцария).

Выходит, ученые нашли остроумный способ решить две проблемы одним махом: и от отходов производства избавиться (для чего электричество обычно приходится потратить), и получить электроэнергию экологичным путем.