Prąd z bakterii. Naukowcy zmienili E. Coli w maleńkie generatory

Od 1911 r., kiedy brytyjski mikolog Michael Cressé Potter zauważył, że drożdże piwne wytwarzają energię elektryczną, naukowcy próbują wykorzystać moc mikrobiologicznych ogniw paliwowych.

Jednak wydajność małych, żywych "bioreaktorów" jest zbyt niska, aby można je było zastosować w praktyce. Co więcej, drobnoustroje potrafią być zaskakująco wybredne w zakresie pokarmu, który trawią w celu wytworzenia elektryczności.

Ale od czego jest inżynieria genetyczna? Zespół naukowców ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie (EPFL) zmodyfikował jeden z najpowszechniejszych gatunków bakterii, Escherichia coli, tak, by drobnoustroje wytwarzały energię elektryczną ze ścieków browarniczych.

"Chociaż istnieją egzotyczne drobnoustroje, które w naturalny sposób wytwarzają energię elektryczną, mogą to robić tylko w obecności określonych substancji chemicznych" - wyjaśnia Ardemis Boghossian, inżynier chemiczny z EPFL. "E. coli może rozwijać się na wielu różnych substratach, co pozwoliło nam wytwarzać energię elektryczną w różnorodnych środowiskach, w tym ze ścieków".

Aby zwiększyć zdolność E. coli do wytwarzania energii elektrycznej, naukowcy zmodyfikowali jej genom, dodając instrukcje dotyczące kompleksów białkowych występujących w Shewanella oneidensis, jednym z najbardziej znanych bakteryjnych generatorów energii elektrycznej. S. oneidensis wytwarza prąd, jedząc metale. 

Modyfikacje, które badacze wprowadzili do E. coli sprawiły, że bakterie wytwarzały elektryczność dwukrotnie efektywniej, od wcześniej opracowanych szczepów bakterii. Jednakże eksperymenty te przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych. Prawdziwym testem dla technologii jest to, czy może ona działać w warunkach przemysłowych.

Wcześniejsze badania dotyczyły wykorzystania alg w oczyszczaniu ścieków z browarów. Browary muszą przetworzyć wodę używaną do mycia zbóż i przepłukać zbiorniki przed jej wyrzuceniem, ponieważ zawiera ona mieszankę cukrów, skrobi, alkoholi i drożdży, które mogą wywołać niepożądane zakwity drobnoustrojów, jeśli zostaną spuszczone do rzek bez oczyszczenia.

Dlatego zespół przetestował swój system E. coli na próbce ścieków pobranych z lokalnego browaru w Lozannie w Szwajcarii, którą zmodyfikowane bakterie pochłaniały przez ponad 50 godzin.

"Nasze bakterie elektryczne rozmnażały się wykładniczo, odżywiając się tymi odpadami" - mówi Boghossian. Opracowane wcześniej szczepy bakterii nie radziły sobie z trawieniem tej mieszaniny ścieków. 

To sprawia, że zmodyfikowana bakteria E. coli znacznie lepiej nadaje się do oczyszczania ścieków przemysłowych. Apetyt E. coli na różne substraty chemiczne oznacza również, że zmodyfikowane bakterie mogłyby zostać przystosowane do innych odpadów i surowców.

Badacze muszą teraz sprawdzić, czy bakteria radzi sobie z przetwarzaniem przemysłowych ilości odpadów. Jeżeli tak, mogłoby to przynieść znaczne oszczędności energii.

"Zamiast dostarczać energię do systemu przetwarzania odpadów organicznych, produkujemy energię elektryczną, przetwarzając jednocześnie odpady organiczne. To jak przyrządzanie dwóch pieczeni na jednym ogniu" mówi Boghossian.