Bakterie żyjące w ekstremalnych warunkach (np. na dnie jezior czy oceanów, w kopalniach) ‘wynalazły’ sposób na oddychanie bez tlenu – w zamian produkują prąd elektryczny. Naukowcy już od lat starają wykorzystać te mikroorganizmy, np. do produkcji energii podczas oczyszczania ścieków. Niestety nie jest to takie proste – bakterie te są znacznie mniejsze niż np. komórki ssaków, a także wyjątkowo trudne w hodowli w warunkach laboratoryjnych.

Reklama

Teraz nadszedł jednak przełom. Badacze z MIT opracowali reaktor mikrofluidyczny do sortowania bakterii według ich zdolności do produkcji prądu elektrycznego, a dokładnie mówiąc według ich polaryzowalności, która koreluje się z poziomem tej produkcji. „Nasz pomysł opiera się na wybraniu najsilniejszych kandydatów do realizacji pomysłów”, mówi Qianru Wang z MIT. „Ostatnie prace sugerują, że istnieje znacznie więcej gatunków bakterii zdolnych do produkcji prądu”, dodaje Cullen Buie i wyjaśnia, że: „narzędzie do sondowania i pomiaru tych własności u mikroorganizmów jest bardzo istotne”.

Bakterie zdolne są do generowania elektronów w komórkach i wyrzucania ich na zewnątrz, poza błonę komórkową, w tzw. procesie EET. Obecnie do ich badania stosuje się czasochłonny pomiar aktywności białek, co wymaga hodowli dużej ilości komórek oraz ich czyszczenia.

Sposób opracowany przez zespół Buie jest szybszy i mniej destruktywny dla samych bakterii. Grupa już od dziesięciu lat zajmuje się budową układów mikrofluidycznych, które wykorzystywane są m.in. do badania bakterii. W systemie do pomiaru polaryzowalności znajduje się niewielki kanalik zwężający się na środku i tworzący strukturę podobną do klepsydry. Do przeciwległych końców kanału przykładne jest napięcie. W miejscu przewężenia, gdzie średnica zmniejsza się około 100 razy, a pole elektryczne jest 100 razy silniejsze, zachodzi zjawisko tak zwanej dielektroforezy. Generowana siła przepycha komórki w kierunku odwrotnym do ich ruchu w polu elektrycznym. Dzięki temu możliwe jest powstrzymanie ruchu komórek lub zatrzymanie ich w miejscu, w zależności od przyłożonego napięcia.

Wykorzystując ten system, z łatwością można sortować komórki po wielkości czy gatunku. Zespół Buie sięgnął po metodę polaryzowalności. „Ludzie używają dielektroforezy do sortowania bakterii tak różnych od siebie jak żaba i ptak. My chcemy odróżnić od siebie żabie rodzeństwo”.

W najnowszych badaniach naukowcy wykorzystali nie tylko dzikie szczepy organizmów w bakteryjnych ogniwach, ale także zmodyfikowane genetycznie bakterie, które miały różną polaryzowalność. Badania te miały na celu sprawdzenie, czy siła dielektroforetyczna zmienia się wraz z polaryzowalnością. Okazało się, że tak – napięcie pułapkowania potrzebne do zatrzymania ich w przewężeniu mikrokanaliku zależy od ich polaryzowalności i w konsekwencji pozwala na sortowanie tych organizmów podług zdolności do generacji elektryczności.

„Mamy potrzebne nam dowody, że istnieje korelacja pomiędzy polaryzowalnością a aktywnością elektrochemiczną. Polaryzowalność może być prostą cechą, która pozwala na ocenę przydatności elektrochemicznej bakterii”.

Zespół bada teraz inne gatunki bakterii i ma nadzieję na identyfikacje kolejnych aktywnych elektrycznie gatunków. Możliwe jest ich wykorzystanie na przykład do jednoczesnej produkcji czystej energii elektrycznej i biopaliw z odpadów, wskazują naukowcy.

grafika: Qianru Wang

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.