Wie Bakterien unseren Körper beherrschen – Das Mikrobiom
Wissenschaftler haben entdeckt, dass Hunderte von Bakterienarten Elektrizität erzeugen können und sehr gut kooptiert werden könnten, um "lebende Batterien" zu schaffen.
Den Forschern ist bekannt, dass Bakterien in exotischen Umgebungen wie dem Meeresboden elektrogen sind, eine neue Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur markiert das erste Mal, dass Wissenschaftler Bakterien entdeckt haben, die mit Menschen interagieren ebenfalls elektrogen.
Diese Bakterien reichen von der Art, die Durchfall verursacht, bis zu jenen, die Joghurt fermentieren. Viele füllen den menschlichen Darm und wenn man versteht, wie diese Bakterien Strom erzeugende Fähigkeiten entwickeln, kann sich herausstellen, wie sie Menschen infizieren - oder warum sie uns gesund halten.
Studie Co-Autor und University of California, Berkeley Postdoc Sam Light erzählt Inverse Dass Wissenschaftler in den letzten 30 Jahren zunehmend erkannt haben, dass Bakterien, die in Umgebungen leben, die reich an Mineraloxiden sind, wie Eisenoxid und Manganoxid, aufgrund eines sogenannten Prozesses überleben können extrazellulär Elektronentransfer. Das heißt, sie produzieren Strom als Teil ihres Stoffwechsels, sagt Light.
Der Grund, warum manche Bakterien Elektrizität erzeugen, ist ähnlich wie bei uns, um Sauerstoff zu atmen: um die Energieproduktion zu unterstützen. Im menschlichen Körper werden Elektronen in den Mitochondrien in jeder Zelle auf Sauerstoffmoleküle übertragen. Bakterien, die in unserem Darm leben, haben jedoch keinen Zugang zu Sauerstoff. Daher haben sie die Möglichkeit entwickelt, Alternativen zu verwenden. Durch extrazellulären Elektronentransfer können diese Mikroben „atmen“, indem sie hochenergetische Elektronen außerhalb der Zelle bewegen - in Form von Elektrizität.
„Wir haben die Entdeckung gemacht, dass der Erreger aus Lebensmitteln besteht Listeria monocytogenes hat diese Fähigkeit zur Stromerzeugung “, erklärt Light. „Wir konnten die Gene identifizieren, die für diese elektrische Aktivität verantwortlich waren, und es stellt sich heraus, dass viele andere Bakterien auch diese Gene besitzen - was bedeutet, dass sie auch Elektrizität erzeugen können. Bakterien mit diesen Genen umfassen andere Krankheitserreger, die Krankheiten, Probiotika und normale Mitglieder der mikrobiellen Gemeinschaft in unserem Darm verursachen, sowie Bakterien, die zur Lebensmittelfermentation verwendet werden. “
Das Team entdeckte, dass die Bakterien, wenn sie in einem Kolben mit Elektroden gezüchtet wurden, einen elektrischen Strom erzeugten, der bei 500 Mikroampere gemessen wurde. Dies bedeutet, dass die Elektrizität, die sie außerhalb des Körpers erzeugen können, 100.000 Elektronen pro Sekunde pro Zelle beträgt.
"Ich würde nicht sagen, dass sie Elektrizität in unserem Körper erzeugen", führt Light aus. „Sie atmen einfach außerhalb ihrer Zellen. Mit anderen Worten, sie haben einen Prozess, der außerhalb unseres Körpers kooptiert werden kann, um Elektrizität zu erzeugen. “
Und das ist für Wissenschaftler von großem Interesse. Im Juni sandte die NASA stromerzeugende Bakterien zur Internationalen Raumstation, um zu sehen, ob die Mikroben im Weltraum noch gleich funktionieren. Andernfalls könnte ihr Strom möglicherweise dazu dienen, Missionsprojekte anzutreiben. Die US-Streitkräfte unterstützen auch finanziell elektrogenetische Bakterienstudien mit der Hoffnung, dass die Bakterien schließlich zur Behandlung von Abwasser verwendet werden können. Im Jahr 2017 machten Wissenschaftler der University of California, Santa Barbara, Platz für die Schaffung einer „lebenden Batterie“ mit einer chemisch modifizierten mikrobiellen Brennstoffzelle.
Da sauerstofffreie Bakterien als Überlebensmittel Elektronen aus ihren Zellwänden leiten, könnten sie, wenn sie richtig manipuliert werden, auch in intensiver Umgebung zu unserem Überleben beitragen.
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