你的肚子里可能沒有蝴蝶，但你的腸道肯定有火花。

根據(jù)周三(9月12日)在“ 自然 ”雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究，一些常見的細(xì)菌或者已經(jīng)在我們的腸道中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌可以產(chǎn)生電能。

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的微生物學(xué)家，資深作者丹尼爾波特諾伊說(shuō)，發(fā)電或“產(chǎn)電”的細(xì)菌并不是什么新東西 - 它們可以在遠(yuǎn)離我們的地方找到，就像在湖底一樣。

但到目前為止，科學(xué)家們并不知道在腐爛的植物或哺乳動(dòng)物，特別是農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌也可以發(fā)電 - 而且更簡(jiǎn)單的方式，Portnoy說(shuō)。

在實(shí)驗(yàn)室里，Portnoy和他的團(tuán)隊(duì)首先種植了一批單核細(xì)胞增生李斯特菌，這是一種我們經(jīng)常吃的有時(shí)引起李斯特菌病感染的細(xì)菌。根據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，這種食物中毒通常對(duì)那些免疫系統(tǒng)較弱的人，孕婦(可能導(dǎo)致流產(chǎn))，新生兒和老年人最危險(xiǎn)。

通過(guò)將細(xì)菌置于電化學(xué)室中并用電線或電極捕獲產(chǎn)生的電子，研究小組發(fā)現(xiàn)這些食源性細(xì)菌產(chǎn)生電流。

震驚為何?

一份聲明說(shuō)，有些細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生電能，例如去除新陳代謝產(chǎn)生的電子，這有幾個(gè)原因。但Portnoy說(shuō)，主要目的是創(chuàng)造能量。

但是，加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究員Sam Light表示，單核細(xì)胞增生李斯特菌還具有“產(chǎn)生能量的其他方式”，例如通過(guò)使用氧氣。這種發(fā)電過(guò)程“可能是他們?cè)谀承l件下使用的備用系統(tǒng)”。例如，他們可以將其部署在腸道的低氧條件下。

研究人員篩選了突變的細(xì)菌 - 那些遺傳或基因缺失的細(xì)菌 - 來(lái)確定哪些基因是細(xì)菌產(chǎn)生電能所必需的。這些基因反過(guò)來(lái)編碼某些蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是產(chǎn)生電力的關(guān)鍵。

他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌使用的系統(tǒng) - 一系列將細(xì)胞帶出細(xì)菌的蛋白質(zhì) - 比其他電生菌(如生活在湖底)的系統(tǒng)使用要簡(jiǎn)單得多。

大多數(shù)其他先前的系統(tǒng)存在于革蘭氏陰性細(xì)菌中，或者具有由兩層分隔內(nèi)部和環(huán)境的細(xì)胞壁的細(xì)胞壁。這些最近分析的細(xì)菌是革蘭氏陽(yáng)性的，這意味著它們的細(xì)胞壁只有一層。“這意味著只有一個(gè)障礙，”電子到達(dá)外面，Light告訴Live Science。

但是一旦電子到達(dá)外面，就不清楚它們的去向。其他地方的電生菌通常將電子轉(zhuǎn)移到環(huán)境中的鐵或錳等礦物質(zhì)中。在研究小組的實(shí)驗(yàn)中，電子流入電極。Light說(shuō)，在腸道中，許多不同的分子，如鐵，可能會(huì)結(jié)合并接受電子。

他們還發(fā)現(xiàn)細(xì)菌需要黃素蛋白才能存活。黃素，一種維生素B2的變體，密集地填充腸道。研究人員后來(lái)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌不僅需要黃素才能存活，而且周圍環(huán)境中額外的自由浮動(dòng)黃素可以增強(qiáng)細(xì)菌的電活動(dòng)。

產(chǎn)生能量的細(xì)菌

一旦他們知道哪些基因負(fù)責(zé)發(fā)電，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步確定了數(shù)百種其他使用這種簡(jiǎn)單工藝發(fā)電的微生物 - 其中一些通常存在于腸道中，而其他微生物則在發(fā)酵酸奶或作為益生菌時(shí)非常重要。

在同一天發(fā)表在“自然”雜志上的評(píng)論中，沒有參與這項(xiàng)研究的伊利諾伊大學(xué)微生物學(xué)家Laty Cahoon和Nancy Freitag寫道：“系統(tǒng)認(rèn)為微生物可能在我們的生活中生活充滿活力，這令人震驚。腸“。研究人員寫道，對(duì)這種新的發(fā)電途徑的了解“可能為設(shè)計(jì)基于細(xì)菌的能量產(chǎn)生技術(shù)創(chuàng)造機(jī)會(huì)”。

已經(jīng)在努力創(chuàng)造微生物燃料電池，或使用有機(jī)物質(zhì)利用細(xì)菌發(fā)電的電池，如廢物處理廠。Light說(shuō)，因?yàn)檫@個(gè)新流程更簡(jiǎn)單，所以它有可能改進(jìn)這種技術(shù)，但現(xiàn)在說(shuō)太早了。

他個(gè)人更感興趣的是準(zhǔn)確了解腸道內(nèi)發(fā)生了什么 - 哪些分子從細(xì)菌中接收電子以及這個(gè)過(guò)程如何影響細(xì)菌的存活。