Dotąd opisywano bakterie produkujące elektryczność (elektrogeniczne) z egzotycznych środowisk, takich jak kopalnie czy dno jezior. Okazuje się jednak, że takie mikroorganizmy występują też w ludzkim jelicie, w dodatku produkują one elektryczność za pomocą unikatowego mechanizmu. Naukowcy podkreślają, że wykorzystuje go nie tylko Listeria monocytogenes, ale i setki innych bakterii z typu Firmicutes.

Wiele z tych bakterii tworzy ludzki mikrobiom, sporo też, jak wywołująca listeriozę i zakażenia macicy prowadzące do poronień L. monocytogenes, to patogeny. Oprócz niej autorzy publikacji z pisma Nature wymieniają m.in. powodującą gangrenę laseczkę zgorzeli gazowej (Clostridium perfringens) czy powiązane z zakażeniami wewnątrzszpitalnymi paciorkowce kałowe (Enterococcus faecalis). Inne elektrogeniczne bakterie, takie jak Lactobacillus, pełnią ważną rolę w fermentacji jogurtu. Wiele spełnia funkcję probiotyczną.

Wcześniej przeoczaliśmy fakt, że tak dużo mikroorganizmów wchodzących w kontakt z ludźmi, jako patogeny, w probiotykach i jako nasza mikroflora, to bakterie elektrogeniczne. Fenomen ten może nam wiele powiedzieć o sposobach, na jakie różne mikroorganizmy nas zakażają, a także pomóc nam w utrzymaniu zdrowego przewodu pokarmowego – opowiada prof. Dan Portnoy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.

Amerykanie dodają, że ich odkrycie to dobra wiadomość dla naukowców pracujących nad żywymi bateriami. Zielone bioenergetyczne technologie mogłyby np. generować elektryczność dzięki bakteriom z oczyszczalni ścieków.

Akademicy wyjaśniają, że bakterie generują elektryczność, by usunąć elektrony powstające w trakcie metabolizmu i wesprzeć produkcję energii. Podczas gdy zwierzęta i rośliny transferują elektrony na tlen w mitochondriach, bakterie żyjące w środowiskach nisko- bądź beztlenowych, np. w ludzkim jelicie czy w kwaśnych kopalniach, muszą korzystać z innego akceptora elektronów. W środowiskach geologicznych często jest to minerał spoza komórki.

Przenoszenie elektronów poza komórkę na minerał wymaga kaskady reakcji chemicznych, tzw. zewnątrzkomórkowego łańcucha transferu elektronów, który przemieszcza elektrony jako słaby prąd elektryczny.

Nowo odkryty system zewnątrzkomórkowego transferu elektronów jest prostszy od już znanego. Dotąd wykryto go tylko u bakterii Gram-dodatnich, które żyją w środowiskach bogatych we flawiny, pochodne witaminy B12Wydaje się, że budowa tych bakterii i bogata w witaminę nisza ekologiczna, którą zajmują, sprawiają, że jest im o wiele łatwiej transferować elektrony poza komórkę (w dodatku jest to dla nich bardziej opłacalne). Z tego powodu sądzimy, że badane [wcześniej] bakterie wykorzystujące minerały posługują się pozakomórkowym transferem energii, bo jest to kluczowe dla ich przetrwania, zaś nowo zidentyfikowane bakterie zachowują się tak, bo jest to proste – podkreśla dr Sam Light.

By przetestować analizowany system, Light nawiązał współpracę z Caroline Ajo-Franklin z Lawrence Berkeley National Laboratory. Naukowcy posłużyli się elektrodą, która mierzyła prąd elektryczny wypływający z bakterii. Okazało się, że ma on natężenie do 500 mikroamperów i że naprawdę jest wytwarzany przez mikroorganizmy. Dodatkowo stwierdzono, że generują one tyle samo elektryczności – ok. 100.000 elektronów na sekundę na komórkę – co inne znane bakterie elektrogeniczne.

Portnoy jest szczególnie zainteresowany występowaniem tego systemu u Lactobacillus, bakterii kluczowych dla produkcji sera, kiszonej kapusty czy jogurtu. Sugeruje nawet, że transport elektronów odgrywa pewną rolę w smaku tych produktów.

Light i Portnoy mają sporo pytań odnośnie do tego, czemu i jak wymieniane bakterie rozwinęły tak unikatowy system.