Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Bakterier matet syntetisk jernholdige molekyler blir til elektriske generatorer

Anonim

Den bakterielle verden er rife med uvanlige talenter, blant dem en evne til å produsere elektrisitet. I naturen genererer "elektrogen" bakterier nåværende som en del av stoffskiftet, og nå har forskere ved University of California, Santa Barbara (UCSB), funnet en måte å gi den muligheten til ikke-elektrogeniske bakterier. Denne teknikken kan ha søknader om bærekraftig kraftproduksjon og avløpsvannbehandling, rapporterer forskerne 9. februar i journalen Chem .

annonse


"Konseptet her er at hvis vi bare lukker lokket til avløpsvannstanken og deretter gir bakteriene en elektrode, kan de produsere strøm mens de renser vannet", forteller forfatteren Zach Rengert, en kjemisk kandidatstudent ved UCSB. "Og mengden elektrisitet de produserer, vil aldri strømme noe veldig stort, men det kan kompensere kostnadene ved rensing av vann."

Bakteriene som inspirerte denne studien, Shewanella oneidensis MR-1, lever i oksygenfrie miljøer og kan puste inn metallmineraler og elektroder - i stedet for luft - via strømledende proteiner i deres cellemembraner. De fleste bakteriearter har imidlertid ikke slike proteiner og produserer derfor ikke naturlig nåværende. Med inspirasjon fra S. oneidensis membran-ledende ledende proteiner, antydet teamet at med den riktige typen biokompatibel molekylær additiv, kan denne elektrogenesen bli tildelt bakterier som ikke har utviklet seg til å gjøre det.

Forskerne, under ledelse av seniorforfatter Guillermo Bazan ved UCSB, bygget et molekyl som heter DFSO +, som inneholder et jernatom i kjernen. For å legge til DFSO + til bakterier, løste forskerne en liten mengde rustfargede pulver i vann og la den løsningen til bakterier. Innen noen få minutter fant det syntetiske molekylet sin vei inn i bakteriens cellemembraner og begynte å lede strøm gjennom sin jernkjerne, og ga en ny vei for bakteriene til skyttelektroner fra innsiden til utsiden av cellen.

Fordi DFSO + molekylets form reflekterer strukturen til cellemembraner, kan den raskt slippe inn i membranene og forbli der komfortabelt i flere uker. Tilnærmingen kan trenge litt tilpasning før den brukes til langsiktig kraftproduksjon, sier forskerne, men det er et oppmuntrende første funn.

Denne kjemiske tilnærmingen til å endre bakteriens evner vil mest sannsynlig være billigere enn bakterier som er genetisk konstruert for å gjøre den samme jobben. "Det er en helt annen strategi for mikrobiell elektrisk energiproduksjon, sier den andre medforfatteren Nate Kirchhofer (@natekirchhofer), tidligere en gradstudent ved UCSB og nå en postdoktoral forsker ved Asylum Research i Santa Barbara, CA. "Først bygde vi disse enhetene, og vi var begrenset til å optimalisere dem ved å bytte reaktormaterialer og arkitekturer eller ved hjelp av gentekniske teknikker."

Forskerne kaller DFSO + -molekylet en "proteinprotese" fordi det er en ikke-proteinkemikalie som gjør proteinets jobb. "Det er litt analogt med et prostetisk lem, hvor du bruker en plastlegem som ikke egentlig er laget av andres kropp, " sier Rengert.

Forstå hvordan elektrogen bakterier forbruker organiske brensler og bruk deres metabolske prosesser for å generere elektriske strømmer kan føre til mer effektiv biologisk elektrisitetsgenereringsteknologi. "Det er nyttig å ha et veldefinert, godt forstått molekyl som vi kan forhøre, " sier Kirchhofer. "Vi vet hvordan det er knyttet til bakteriene, så det gir oss svært presis elektrokjemisk kontroll over bakteriene. Selv om denne molekylen kanskje ikke er den beste som noen gang vil eksistere, er det den første generasjonen av denne typen molekyl."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Cell Press . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Kirchhofer og Rengert et al. En ferrocenbasert konjugert oligoelektrolyt katalyserer bakteriell elektroderespirasjon . Chem, 2017 DOI: 10, 1016 / j.chempr.2017.01.001