Ученые разработали бактерии E. Coli для производства электроэнергии

С 1911 года, когда британский миколог Майкл Кресс Поттер заметил, что пивные дрожжи вырабатывают электричество, ученые пытались использовать мощь микробных топливных элементов.

Но эффективность крошечных многообещающих «биореакторов» были слишком малы для практического использования. Более того, оказывается, что микробы могут быть удивительно разборчивы в выборе субстратов, которые они переваривают для производства электричества.

Теперь группа исследователей из Швейцарского федерального технологического института Лозанны (EPFL) разработала один из самых распространенный вид бактерий, Escherichia coli, для выработки электроэнергии из сточных вод пивоваренных заводов – и он превзошел самые последние биоинженерные штаммы.

«Хотя существуют экзотические микробы, которые естественным образом производят электричество, они могут делать это только в присутствие определенных химических веществ», — объясняет старший автор и инженер-химик Ардемис Богосян из EPFL.

»E. coli может расти в широком диапазоне источников, что позволило нам производить электричество в самых разных средах, в том числе из сточных вод».

Чтобы улучшить E. coli генерировать электричество, исследователи модифицировали его геном, включив в него инструкции для белковых комплексов, обнаруженных у Shewanella oneidensis, одного из самых известных бактериальных генераторов электричества.

S. oneidensis создает поток электронов при восстановлении металлов — электрический сигнал, который использовался, например, для обнаружения токсичных металлов, таких как мышьяк, в прототипах систем.

Благодаря включению всех компонентов С. oneidensis путь выработки электроэнергии в E. coli, Мохаммед Мухиб, ведущий автор исследования, Богосян и его коллеги увеличили его электроактивность в два раза по сравнению с ранее созданными штаммами (которые включали только часть пути S. oneidensis).

Однако эти эксперименты проводились в одной камере в лабораторных условиях. Настоящим испытанием для любой потенциальной технологии является то, сможет ли она работать в промышленных условиях.

Предыдущие исследования изучали использование водорослей для очистки сточных вод пивоваренных заводов. Пивоваренным заводам необходимо обрабатывать воду, которую они используют для мытья зерна и промывки резервуаров, прежде чем выбрасывать ее, поскольку она содержит пьянящую смесь сахаров, крахмалов, спиртов и дрожжей, которая может вызвать нежелательное цветение микробов, если ее сливать без очистки.

Итак, команда протестировала свой E. coli на образце сточных вод, собранных на местной пивоварне в Лозанне, Швейцария, который модифицированные бактерии с радостью поглотили за 50 часов.

«Наши биоинженерные электрические бактерии смогли процветать в геометрической прогрессии благодаря питаясь этими отходами», — говорит Богосян, тогда как S. oneidensis, используемый в качестве компаратора, не смог переварить смешанные сточные воды.

Это делает созданный E. coli гораздо более подходит для очистки промышленных сточных вод, хотя его потенциал выработки электроэнергии все еще медленнее, чем у S. oneidensis, говорят исследователи.

E. способность кишечной палочки к различным химическим субстратам также означает, что сконструированные бактерии могут быть адаптированы к другим потокам отходов и исходному сырью.

В любом случае исследователям необходимо будет проверить, являются ли их модифицированные E . coli может перерабатывать промышленные объемы. Если это так, это может привести к значительной экономии энергии.

«Вместо того, чтобы вкладывать энергию в систему для переработки органических отходов, мы производим электричество и одновременно перерабатываем органические отходы, убивая двух зайцев одним ударом. камень», — говорит Погосян.

Исследование опубликовано в Joule.