你的肚子里可能没有蝴蝶,但你的肠道肯定有火花。

周三(9月12日)在“ 自然 ”杂志上发表的一项新研究,一些常见的细菌或者已经在我们肠道中发现的细菌可以产生电能。加利福尼亚大学伯克利分校的微生物学家,资深作者丹尼尔波特诺伊说,发电或“产电”的细菌并不是什么新鲜事,它们在湖底就可以找到这样的细菌。

到目前为止,科学家们并不知道腐烂的植物或哺乳动物体内的细菌也可以发电,而且方式更简单。在实验室里,Portnoy和他的团队首先种植了一批单核细胞增生李斯特菌,这是一种我们经常吃的细菌。根据美国疾病控制和预防中心的数据,这种食物中毒通常对那些免疫系统较弱的人,孕妇(可能导致流产),新生儿和老年人最危险。

通过将细菌置于电化学室中并用电线或电极捕获产生的电子,研究小组发现这些食源性细菌能产生电流。

为何震惊?

一份声明说,有些细菌会产生电能,例如去除新陈代谢产生的电子,但其主要目的是创造能量。但是,加州大学伯克利分校的博士后研究员Sam Light表示,单核细胞增生李斯特菌还具有“产生能量的其他方式”,例如通过使用氧气。这种发电过程“可能是他们在某些条件下使用的备用系统”。例如,他们可以将其部署在肠道的低氧条件下。

研究人员筛选了突变的细菌 – 那些遗传或基因缺失的细菌 – 来确定哪些基因是细菌产生电能所必需的。这些基因反过来编码某些蛋白质,这些蛋白质是产生电力的关键。他们发现,这些细菌使用的系统 – 一系列将细胞带出细菌的蛋白质 – 比其他电生菌(如生活在湖底)的系统使用要简单得多。

大多数其他先前的系统存在于革兰氏阴性细菌中,或者具有由两层分隔内部和环境的细胞壁的细胞壁。这些最近分析的细菌是革兰氏阳性的,这意味着它们的细胞壁只有一层。“这意味着只有一个障碍,”电子到达外面,Light告诉Live Science。但是一旦电子到达外面,就不清楚它们的去向。其他地方的电生菌通常将电子转移到环境中的铁或锰等矿物质中。在研究小组的实验中,电子流入电极。Light说,在肠道中,许多不同的分子,如铁,可能会结合并接受电子。

他们还发现细菌需要黄素蛋白才能存活。黄素,一种维生素B2的变体,密集地填充肠道。研究人员后来发现细菌不仅需要黄素才能存活,而且周围环境中额外的自由浮动黄素可以增强细菌的电活动。

产生能量的细菌

一旦他们知道哪些基因负责发电,该团队进一步确定了数百种其他使用这种简单工艺发电的微生物 – 其中一些通常存在于肠道中,而其他微生物则在发酵酸奶或作为益生菌时非常重要。

在同一天发表在“自然”杂志上的评论中,没有参与这项研究的伊利诺伊大学微生物学家Laty Cahoon和Nancy Freitag写道:“系统认为微生物可能在我们的生活中生活充满活力,这令人震惊。肠“。研究人员写道,对这种新的发电途径的了解“可能为设计基于细菌的能量产生技术创造机会”。

已经在努力创造微生物燃料电池,或使用有机物质利用细菌发电的电池,如废物处理厂。Light说,因为这个新流程更简单,所以它有可能改进这种技术,但现在说太早了。他个人更感兴趣的是准确了解肠道内发生了什么 – 哪些分子从细菌中接收电子以及这个过程如何影响细菌的存活。