Wetenschappers ontdekken dat honderden darmbacteriën elektrisch zijn
Nieuw onderzoek onthult een verrassend feit over talloze soorten darmbacteriën: ze kunnen elektriciteit opwekken.
Elektrogene bacteriën zijn bacteriën die een bepaalde hoeveelheid elektriciteit kunnen produceren.
Om deze reden wordt er voortdurend onderzoek gedaan naar manieren om deze micro-organismen te gebruiken om alternatieve, duurzamere batterijachtige apparaten te ontwikkelen.
Tot nu toe zijn elektrogene bacteriën aangetroffen in vrij specifieke natuurlijke omgevingen, zoals de sedimenten van verschillende watermassa's.
Deze omgevingen zijn typisch anaëroob, wat betekent dat ze geen vrije zuurstof bevatten. Nu hebben onderzoekers van de University of California, Berkeley voor het eerst ontdekt dat honderd verschillende bacteriën in de menselijke darm ook elektrogeen zijn.
Deze omvatten vele soorten bacteriën, van pathogene bacteriën die ziekten kunnen veroorzaken tot probiotische bacteriën die de darmgezondheid bevorderen. Toch produceren deze darmbacteriën elektriciteit met een ander mechanisme dan dat wordt gebruikt door bekende elektrogene bacteriën uit andere omgevingen.
De onderzoekers - onder leiding van prof. Dan Portnoy - rapporteren hun belangrijke ontdekking in een studiepaper dat in het tijdschrift verschijnt Natuur.
Een verrassende ontdekking
Prof. Portnoy en zijn team leggen uit dat enkele van de strengen van bacteriën die elektriciteit opwekken die ze nu hebben geïdentificeerd, omvatten Listeria monocytogenes (een veel voorkomende boosdoener in geval van diarree), Clostridium perfringens (dat gangreen veroorzaakt), en Enterococcus faecalis (een ziekteverwekker die soms wordt opgelopen tijdens ziekenhuisverblijven).
Veel andere bacteriën in de darmen die elektriciteit produceren, zijn echter goedaardig. Sommige hiervan zijn probiotica, constateren de onderzoekers, terwijl andere, zoals de Lactobacilli stammen, spelen een rol bij fermentatie.
"Het feit dat zoveel bugs die een interactie aangaan met mensen, hetzij als pathogenen of in probiotica, of in onze microbiota of betrokken bij fermentatie van menselijke producten, elektrogeen zijn - dat was eerder gemist."
Prof. Dan Portnoy
Dit, voegt hij eraan toe, "zou ons veel kunnen vertellen over hoe deze bacteriën ons infecteren of ons kunnen helpen een gezonde darm te hebben."
Ook verwachten de wetenschappers dat hun onverwachte vondst ook nuttig kan zijn bij toekomstige projecten die gericht zijn op het creëren van microbiële brandstofcellen, een innovatieve strategie om hernieuwbare energie op te wekken.
De onderzoekers leggen uit dat bacteriën elektriciteit opwekken als onderdeel van hun metabolisme, in een proces dat ze vergelijken met ademhalen.
Terwijl organismen zoals planten en dieren, die in zuurstofrijke omgevingen leven, zuurstof gebruiken om hen te helpen bij hun metabolisme, moeten bacteriën die in anaërobe omgevingen verblijven andere chemische elementen gebruiken.
Bacteriën die op de bodem van meren verblijven, gebruiken dus meestal een mineraal, zoals ijzer of mangaan, tijdens hun complexe metabolische proces, waardoor ze elektriciteit opwekken.
Darmbacteriën: elektrogeen omdat het ‘gemakkelijk’ is
De elektrogene bacteriën die in de darmen worden aangetroffen, lijken echter een eenvoudiger proces van elektriciteitsopwekking te hebben, en ze gebruiken een organische verbinding die bekend staat als flavine, een vitamine B-2-derivaat.
"Het lijkt erop dat de celstructuur van deze bacteriën en de vitaminerijke ecologische niche die ze innemen het aanzienlijk gemakkelijker en kosteneffectiever maken om elektronen uit de cel te transporteren", legt eerste studie-auteur Sam Light uit.
'Dus', zegt hij, 'denken we dat de conventioneel bestudeerde bacteriën die mineralen inademen extracellulaire elektronenoverdracht gebruiken omdat het cruciaal is om te overleven, terwijl deze nieuw geïdentificeerde bacteriën het gebruiken omdat het' gemakkelijk 'is.' '
In samenwerking met experts van het Lawrence Berkeley National Laboratory van de University of California, hebben Light en collega's verdere tests uitgevoerd om te zien hoeveel elektriciteit deze darmbacteriën kunnen produceren.
Ze ontdekten dat darmbacteriën bijna evenveel elektriciteit opwekken als andere elektrogene bacteriën: tot 100.000 elektronen per seconde per cel.
Ze waren vooral verrast dat te ontdekken Lactobacillus - een bacteriestreng die een rol speelt bij fermentatie en wordt gebruikt om kaas, yoghurt en zuurkool van te maken - heeft elektrogene eigenschappen.
Nu vragen Light en collega's zich af of deze eigenschappen überhaupt relevant zijn voor de smaak die Lactobacillus ontstaat in voedingsproducten die zijn verkregen door fermentatie.
"Dit is een heel groot deel van de fysiologie van bacteriën waarvan mensen niet wisten dat ze bestonden," concludeert Light, "en dat kan mogelijk worden gemanipuleerd."
