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发现了数百种发电细菌包括致病菌益生菌和发酵菌

2019-03-22 14:46:29 • 来源：

虽然在诸如地雷和湖泊底层等异国情调的环境中发现了产生电能的细菌，但科学家却错过了离家较近的源头：人类的肠道。

发现了数百种发电细菌包括致病菌益生菌和发酵菌

加利福尼亚大学伯克利分校的科学家们发现，一种常见的引起腹泻的细菌单核细胞增生李斯特菌利用与已知的产电细菌完全不同的技术发电，并且数百种其他细菌物种使用同样的过程。

许多这些引发细菌的细菌是人体肠道微生物组的一部分，许多像导致食源性疾病李斯特菌病的病毒一样，也可能导致流产，是致病的。引起坏疽(产气荚膜梭菌)和医院获得性感染(粪肠球菌)和一些引起疾病的链球菌的细菌也会产生电。其他致癌细菌，如乳酸杆菌，在发酵酸奶中很重要，许多是益生菌。

加州大学伯克利分校教授丹·波特诺伊说：“许多与人类相互作用的虫子，无论是作为病原体还是在益生菌中，或在我们的微生物群中，还是参与人类产品的发酵，都是致电的 - 以前就已经错过了。”和细胞生物学以及植物和微生物生物学。“它可以告诉我们很多关于这些细菌如何感染我们或帮助我们拥有健康的肠道。”

对于那些目前试图用微生物制造活细胞的人来说，这一发现将是个好消息。例如，这种“绿色”生物能源技术可以从废物处理厂中的细菌产生电力。

该研究将于10月4日在Nature杂志上发表，并于9月12日在线发布。

呼吸金属

细菌产生的电力与我们呼吸氧气的原因相同：去除新陈代谢过程中产生的电子并支持能量产生。虽然动物和植物将电子转移到每个细胞线粒体内的氧气中，但没有氧气的环境中的细菌 - 包括我们的肠道，还有酒精和奶酪发酵桶和酸性矿井 - 必须找到另一种电子受体。在地质环境中，通常是细胞外的矿物 - 铁或锰。在某种意义上，这些细菌“呼吸”铁或锰。

将电子从细胞转移到矿物质需要一系列特殊的化学反应，即所谓的细胞外电子传递链，它将电子作为微小的电流传输。一些科学家利用这条链来制造电池：将电极粘在这些细菌的烧瓶中，你就可以发电了。

新发现的细胞外电子传递系统实际上比已知的转移链更简单，并且似乎仅在必要时被细菌使用，可能在氧水平低时。到目前为止，这种更简单的电子传递链已经在具有单细胞壁的细菌中被发现 - 被归类为革兰氏阳性细菌的微生物- 生活在具有大量黄素的环境中，其是维生素B2的衍生物。

“看起来这些细菌的细胞结构和它们所占据的富含维生素的生态位使得电子从细胞中转移出来变得更加容易和更具成本效益，”第一作者，博士后研究员Sam Light说。“因此，我们认为传统研究的矿物呼吸细菌正在使用细胞外电子转移，因为它对生存至关重要，而这些新发现的细菌正在使用它，因为它”很容易“。

为了了解该系统的稳健性，Light与Lawrence Berkeley国家实验室的Caroline Ajo-Franklin合作，他们探索了活微生物和无机材料之间的相互作用，以便在碳捕获和封存以及生物太阳能发电中应用。

她用一个电极来测量从细菌流出的电流 - 高达500微安 - 证实它确实是电生成的。实际上，它们产生的电量与每个细胞每秒约100,000个电子一样多 - 就像已知的致电细菌一样。

在Lactobacillus中存在这种系统特别有吸引力，Lactobacillus是对奶酪，酸奶和酸菜生产至关重要的细菌。或许，他认为，电子传递在奶酪和酸菜的味道中起着重要作用。

“这是人们没有意识到的细菌生理学的一个重要组成部分，可能会被操纵，”他说。

Light和Portnoy有更多关于这些细菌如何以及为何开发出这种独特系统的问题。简单性 - 通过一个细胞壁转移电子更容易，而不是通过两个细胞壁 - 而机会 - 利用无处不在的黄素分子去除电子 - 似乎使这些细菌能够找到一种在氧气中存活的方法 -富氧和贫氧环境。

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