Биореактор часто писал о микробиологии, раскрывая, порой, самые неожиданные ее аспекты. И теперь мы поговорим с вами о еще более экзотических свойствах некоторых бактерий. Приготовьтесь, это может немного удивить!
Помните фильм “Матрица”? Помните, для чего машины использовали людей? Для получения электричества! Многим это могло показаться бредом, однако вы же знаете, что внутри нас есть электричество, не так ли? И оно есть в очень многих живых организмах. Правда, достать его так, как это делают в матрице, на данный момент не получится. Или нет?
Или да! На самом деле есть такие бактерии, которые можно использовать в генераторах электрического тока! Такие бактерии сами являются по сути маленькими микрогенераторами энергии. И если к таким бактериями подвести провода, то…. Они будут давать электричество!
Как это происходит?
Для этого нужно вспомнить курс биологии, а именно — клеточное дыхание, катаболизм. Ладно, не вспоминайте. Просто мы напомним вам, что вы дышите для того, чтобы кислород провзаимодействовал с протоном и электроном внутри митохондрии. Из-за этого, внутри митохондрии создается градиент протонов и это приводит к вращению АТФ-синтазы, а вы получаете энергию в виде АТФ и живете спокойно. Так вот. Еще раз. Кислород нужен для того, чтобы в митохондрии из протона и электрона получилась вода! (Это все утрированно, конечно)
Бактериям тоже нужен кислород для тех же целей (но не всем и не всегда). А что будет, если бактерия перестает получать кислород? Умрет? Ну, какая-то умрет, какая-то переключится на другой акцептор электронов. А вот, например, Шеванелла оноедензис (Shewanella oneidensis для предпочитающих латынь) просто отдаст электрон внешнему акцептору. Это может быть любая молекула или материал, которые могут принимать электроны. Т.е. нужен электрод. Таким образом, бактерия в случае, если кислорода достаточно, просто “дышит” как обычно. А если кислорода нет, то передает лишние электроны на электрод. При этом протоны выбрасываются во внешнюю среду. Если во внешней среде электроны, отданные бактериями, встречаются с протоном и кислородом, то образуется вода. Обычно такие процессы происходят в специальных реакторах. Они называются “Микробные топливные элементы”
Биотехнологи научились создавать самые разные конструкции таких биореакторов. В общем случае реактор состоит из двух ячеек. В одной живут бактерии и нет кислорода. В другой ячейке бактерий нет, но есть кислород. Между ячейками могут свободно перемещаться протоны. В таком случае бактерии, находящиеся в зоне, где кислорода нет, будут выделять электроны и отдавать их на электрод. Протоны будут перемещаться в зону, где кислород есть. Электроны проходят через электрическую цепь и приходят в зону, где есть кислород. Там они соединяются с протонами и кислородом с образованием воды. А затем процесс повторяется. Это чем-то похоже на водородный топливный элемент. Но с той разницей, что источником протонов служат бактерии.
Микробные топливные элементы имеют самое разное применение в современном мире. Их достоинством является то, что они могут работать почти бесконечно. Их можно разместить на дне водоема, где есть постоянный приток органических веществ, и они будут вырабатывать энергию постоянно. При использовании специализированных электродов не происходит их деградации и разрушения, что позволяет генерировать электричество десятилетиями! Мы много времени создавали подобные источники тока. У нас светились светодиоды, работали моторчики. От энергии бактерий можно было даже питать микроконтроллеры и измерять характеристики окружающей среды.
Автор: Анастасия Новосадская