Wissenschaftler finden heraus, dass Hunderte von Darmbakterien elektrisch sind
Neue Forschungsergebnisse decken eine überraschende Tatsache über zahlreiche Arten von Darmbakterien auf: Sie können Strom erzeugen.
Elektrogene Bakterien sind solche, die eine bestimmte Menge Strom produzieren können.
Aus diesem Grund wird derzeit nach Möglichkeiten gesucht, mit diesen Mikroorganismen alternative, nachhaltigere batterieähnliche Geräte zu entwickeln.
Bisher wurden elektrogene Bakterien in ziemlich spezifischen natürlichen Umgebungen gefunden, beispielsweise in Sedimenten verschiedener Gewässer.
Diese Umgebungen sind typischerweise anaerob, was bedeutet, dass sie keinen freien Sauerstoff enthalten. Zum ersten Mal haben Forscher der University of California in Berkeley herausgefunden, dass Hunderte verschiedener Bakterien im menschlichen Darm auch elektrogen sind.
Dazu gehören viele Arten von Bakterien, von pathogenen Bakterien, die Krankheiten verursachen können, bis zu probiotischen Bakterien, die die Darmgesundheit fördern. Diese Darmbakterien produzieren jedoch Elektrizität nach einem anderen Mechanismus als die bekannten elektrogenen Bakterien aus anderen Umgebungen.
Die Forscher - angeführt von Prof. Dan Portnoy - berichten über ihre wichtige Entdeckung in einem Studienbericht, der in der Zeitschrift erscheint Natur.
Eine überraschende Entdeckung
Prof. Portnoy und sein Team erklären, dass einige der Stränge von Strom erzeugenden Bakterien, die sie jetzt identifiziert haben, gehören Listeria monocytogenes (ein häufiger Schuldiger bei Durchfall), Clostridium perfringens (was Brand verursacht) und Enterococcus faecalis (Ein Krankheitserreger, der manchmal während eines Krankenhausaufenthaltes erworben wurde).
Zahlreiche andere stromerzeugende Bakterien im Darm sind jedoch gutartig. Einige davon sind Probiotika, beobachten die Forscher, während andere, wie die Laktobazillen Stämme spielen eine Rolle bei der Fermentation.
"Die Tatsache, dass so viele Insekten, die mit Menschen interagieren, entweder als Krankheitserreger oder in Probiotika oder in unserer Mikrobiota oder an der Fermentation menschlicher Produkte beteiligt sind, elektrogen sind - das wurde zuvor übersehen."
Prof. Dan Portnoy
Dies, fügt er hinzu, "könnte uns viel darüber erzählen, wie diese Bakterien uns infizieren oder uns helfen, einen gesunden Darm zu haben."
Außerdem erwarten die Wissenschaftler, dass ihr unerwarteter Befund auch bei zukünftigen Projekten hilfreich sein kann, die auf die Schaffung einer mikrobiellen Brennstoffzelle abzielen, einer innovativen Strategie zur Erzeugung erneuerbarer Energie.
Die Forscher erklären, dass Bakterien Elektrizität als Teil ihres Stoffwechsels erzeugen, in einem Prozess, den sie mit dem Atmen vergleichen.
Während Organismen wie Pflanzen und Tiere, die in sauerstoffreichen Umgebungen leben, Sauerstoff verwenden, um ihren Stoffwechsel zu unterstützen, müssen Bakterien, die in anaeroben Umgebungen leben, andere chemische Elemente verwenden.
Bakterien, die sich am Grund von Seen befinden, verwenden während ihres komplexen Stoffwechselprozesses normalerweise ein Mineral wie Eisen oder Mangan, wodurch Strom erzeugt wird.
Darmbakterien: Elektrogen, weil es einfach ist?
Die im Darm vorkommenden elektrogenen Bakterien scheinen jedoch einen einfacheren Stromerzeugungsprozess zu haben und verwenden eine organische Verbindung, die als Flavin bekannt ist und ein Vitamin B-2-Derivat ist.
„Es scheint, dass die Zellstruktur dieser Bakterien und die vitaminreiche ökologische Nische, die sie besetzen, den Transfer von Elektronen aus der Zelle erheblich einfacher und kostengünstiger machen“, erklärt der Erststudienautor Sam Light.
"Daher", sagt er, "denken wir, dass die konventionell untersuchten mineralatmenden Bakterien den extrazellulären Elektronentransfer verwenden, weil er überlebenswichtig ist, während diese neu identifizierten Bakterien ihn verwenden, weil er" einfach "ist."
In Zusammenarbeit mit Experten des Lawrence Berkeley National Laboratory an der University of California führten Light und Kollegen weitere Tests durch, um festzustellen, wie viel Strom diese Darmbakterien produzieren können.
Sie fanden heraus, dass Darmbakterien fast so viel Strom erzeugen wie andere elektrogene Bakterien: bis zu 100.000 Elektronen pro Sekunde und Zelle.
Insbesondere waren sie überrascht, das zu finden Lactobacillus - Ein Bakterienstrang, der bei der Fermentation eine Rolle spielt und zur Herstellung von Käse, Joghurt und Sauerkraut verwendet wird - hat elektrogene Eigenschaften.
Nun fragen sich Light und Kollegen, ob diese Eigenschaften überhaupt für den Geschmack relevant sind Lactobacillus erzeugt in Lebensmitteln Produkte, die durch Fermentation gewonnen werden.
"Dies ist ein ganz großer Teil der Physiologie von Bakterien, von denen die Menschen nicht wussten, dass sie existieren", schließt Light, "und das könnte möglicherweise manipuliert werden."
