×
Электрогенерирующие бактерии для очистки питьевой воды

Бактерию Shewanella можно без прикрас назвать поклонником хэви-металла. Она любит питаться железом, свинцом и ртутью, что делает ее идеальной для очистки воды от загрязнителей. И даже больше – при этом процессе она производит электричество.

 

Теперь исследователи из Университета Калифорнии Санта-Барбары (UCSB) позволили химически модифицированной бактерии увеличить производство энергии. В результате она способна перерабатывать большее количество веществ, что напрямую сказывается на работе очистных сооружений.

 

Впервые бактерию обнаружили в озере возле Нью-Йорка в 1988 году. Тогда Shewanella oneidensis привлекла внимание ученых своей особенностью белков в клеточной мембране. Именно они и проводят электроны и имеют значение для дыхания клеток.

 

Для того чтобы лучше использовать способность клеток бактерии вырабатывать энергию как часть их метаболизма, группа исследователей разработала искусственную молекулу под названием DSFO +, которая модифицирует эти клеточные мембраны, но, так как она содержит железо, по-прежнему может проводить электроны.

 

Испытав пару мутантных штаммов Shewanella, команда обнаружила, что DSFO + может не только полностью заменить естественные токопроводящие белки, но и более эффективно выполнять свою работу, повысив мощности, что микроб мог генерировать.

 

Электрогенерирующие бактерии для очистки питьевой воды

 

«Молекула, которая заменяет белок, изменяет клеточную мембрану таким образом, что она облегчает дыхание клетки путем доставки электронов к поверхности мембраны, – говорит Гильермо Базан, соавтор исследования. – Этот энергогенерирующий трюк дает нам возможность взглянуть на поведение некоторых видов микроорганизмов под другим углом зрения».

 

Ученые сознательно видоизменяют организмы путем генетического перекодирования. Это сложный процесс. Он должен сохранить генокод бактерии так, чтобы она продолжала давать здоровое потомство. Это позволит применять ее в реальных ситуациях на постоянной основе, а не каждый раз создавать бактерии заданного типа.  

 

Видоизмененная Shewanella постоянно стремится вернуться к типичным для нее параметрам. Изменения химического состава носят временных характер: каждый раз, когда бактерия перерабатывает DSFO +, она в конце концов возвращается к своему первоначальному состоянию.

 

«Мы помогаем метаболизму бактерий, – говорит Натан Кирчхоффер, второй ведущий автор. – Очень мало ученых применяют метод химической модификации. На самом деле мы просто взяли бактерии, как они были, и добавили внешний агент, который помогает улучшить их собственный процесс. Насколько нам известно, это первый раз, когда это было продемонстрировано».

 

Вот такой получается допинг для бактерий. DSFO +, кстати, помимо эффективной выработки энергии, также может выступать в качестве своего рода адаптера питания между вырабатываемой электроэнергией и искусственными системами, которые могли бы собирать ее.

 

В своем естественном состоянии бактерии Shewanella не могут электрически связываться с электродом, но новая синтетическая молекула может открыть эту возможность. В конце концов, микробы могут быть использованы не только как эталонный очиститель загрязняющих веществ в сточных водах, но и в процессе генерации достаточного количества электроэнергии, чтобы компенсировать часть стоимости этой обработки воды.

 

В то же время исследователи надеются использовать модифицированные бактерии для изучения внутренних процессов вида, что может привести к дальнейшему прорыву в этой области.

 

Исследование было опубликовано в журнале Chem.

           

Автор: Степан Мазур

 

Оригинал фото: newatlas