Ученые приблизились к созданию «биобатареек» на основе бактерий

Исследователи из Университета Восточной Англии (UEA) продвинулись в понимании того, как можно усилить генерацию чистой энергии бактериями.

Новое исследование показывает, как электроны «перепрыгивают» через электрически изолирующие участки бактериальных белков. Скорость этого переноса зависит от ориентации и близости электропроводящих «ступенек» — металлических центров.

Этот естественный процесс планируется использовать для улучшения «биобатареек», которые смогут производить энергию для портативной электроники (телефонов, планшетов, ноутбуков), используя в качестве топлива отходы жизнедеятельности человека или животных.

Многие микроорганизмы, в отличие от людей, могут выживать без кислорода. Некоторые бактерии выживают, «дыша камнями» — в частности, минералами железа. Они получают энергию за счет «сжигания» топливных молекул внутри клетки.

Побочным продуктом этой реакции является поток электричества, который может быть направлен через внешнюю мембрану бактерии к минералам в естественной среде или к графитовым электродам в топливных элементах. Это означает, что бактерии могут высвобождать электрический заряд изнутри клетки в минерал, подобно нейтральному проводу в бытовой розетке.

Исследовательская группа изучила белки «мульти-гемовые цитохромы», содержащиеся в «каменнодышащих» бактериях, таких как виды Shewanella.

Ведущий исследователь, профессор Джулия Батт из Школы химии и биологических наук UEA, пояснила: «Эти бактерии могут генерировать электричество в подходящей среде. Мы хотели лучше понять, как бактериальные клетки переносят электрический заряд, и особенно — как они перемещают электроны изнутри наружу клетки на расстояния до десятков нанометров».

«Белки проводят электричество, располагая металлические центры — гемы — так, чтобы они действовали подобно ступенькам, позволяя электронам «перепрыгивать» через в остальном электрически изолирующую структуру. Это исследование показывает, что эти центры следует рассматривать как диски, через которые прыгают электроны».

«Относительная ориентация соседних центров, помимо их близости, влияет на скорость движения электронов через белки. Это важный шаг в понимании того, как некоторые виды бактерий перемещают электроны изнутри клетки наружу, и помогает нам понять их поведение как надежных модулей переноса электронов».

«Мы надеемся, что понимание того, как работает этот естественный процесс, вдохновит на создание специально разработанных белков, которые лягут в основу микробных топливных элементов для устойчивого производства энергии».