Ученые заставили кишечную палочку вырабатывать электричество

Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) преобразовали возможности бактерий E. coli, повысив их способность вырабатывать электричество. Однако инновация интересна и тем, что она только предлагает новый способ обращения с органическими отходами, открывая новые возможности для производства разнообразной микробной электроэнергии.

– Мы преобразовали бактерию E. coli, наиболее широко изученный микроб, для выработки электричества, — рассказал профессор Ардемис Богосян из EPFL. – Хотя существуют экзотические микробы, которые естественным образом производят электричество, они могут делать это только в присутствии определенных химических веществ. Кишечная палочка может расти в широком диапазоне источников, что позволило нам производить электричество в широком диапазоне сред, в том числе в сточных водах.

Бактерии E. coli были привлечены для выработки электроэнергии с помощью процесса, известного как внеклеточный перенос электронов (EET). Исследователи “сконструировали” кишечную палочку так, чтобы она демонстрировала повышенный EET, эффективно превращая их в высокоэффективные “электрические микробы”. В отличие от предыдущих методов, которые основывались на использовании специальных химических веществ для стимулирования выработки электроэнергии, эти биоинженерные бактерии E. coli могут вырабатывать электричество, метаболизируя различные органические материалы.

Ключевым нововведением в этом исследовании является создание комплексного пути EET внутри E. coli, что является беспрецедентным достижением. Включив элементы из Shewanella oneidensis MR-1, бактерии, известной своими способностями вырабатывать электричество, исследователи сконструировали оптимизированный путь, охватывающий внутреннюю и внешнюю мембраны клетки. Этот новый способ превзошел предыдущие частичные подходы, что привело к трехкратному увеличению выработки электрического тока по сравнению с традиционными методами.

Важно отметить, что сконструированная кишечная палочка продемонстрировала исключительную эффективность в различных средах, включая сточные воды местной пивоварни. В то время как экзотические электрические микробы боролись за выживание, модифицированная кишечная палочка процветала, подчеркивая свой потенциал для крупномасштабной переработки отходов и производства энергии.

– Вместо того, чтобы вкладывать энергию в систему для переработки органических отходов, мы производим электричество и одновременно перерабатываем органические отходы, убивая двух зайцев одним выстрелом, – отметил Богосян. – Мы даже протестировали нашу технологию непосредственно на сточных водах, которые мы собрали на местной пивоварне Les Brasseurs в Лозанне. Экзотические электрические микробы даже не смогли бы выжить, тогда как наши биоинженерные электрические бактерии смогли процветать в геометрической прогрессии, питаясь этими отходами.

П6рспективы этого исследования выходят далеко за рамки переработки отходов. Учитывая способность вырабатывать электроэнергию из самых разных источников, сконструированная кишечная палочка может найти применение, среди прочего, в микробных топливных элементах, электросинтезе и биосенсорике. Более того, генетическая адаптивность этой бактерии позволяет адаптироваться к конкретным условиям окружающей среды и исходному материалу, что делает ее универсальным инструментом для устойчивого развития технологий.