东安格利亚大学生物科学学院汤姆·克拉克博士带领的研究团队在实验室合成出希瓦氏菌(一种海洋细菌),接着选择具有从微生物内部到岩石穿梭往返电子的蛋白质,将这些蛋白质插入合成细菌的细胞膜内脂质膜囊中,之后再测试在细菌内部和含铁矿物外部之间电子的流动。结果显示,细菌可直接“躺在”金属或矿物质表面,通过其细胞膜转移电子,这意味着细菌可与电极直接“连接”。
克拉克博士说:“我们知道,细菌可以把电子传送到金属和矿物质,这种相互作用取决于细菌表面的特殊蛋白质。但之前并不清楚,这些蛋白质是直接传送,还是间接地通过某个未知介质。研究表明,这些蛋白质可直接‘触摸’矿物表面,并产生电流。这说明‘躺在’金属或矿物质表面上的细菌通过其细胞膜导电是可能的。”
研究人员说,如果把这些细菌作为微生物燃料电池,通过分解家庭或农业废物来发电,未来将表现出极大的应用潜力。另外,这些细菌为电极提供电力,可在细胞内发生化学反应,将细胞作为微型工厂生产药物等。
太平洋西北国家实验室生物化学家石梁(音译)说:“我们开发了一种独特的系统,可以模仿电子在细胞内转移。所测量到的电子传输速率令人难以置信,其快得足以支持细菌的呼吸系统。”
该发现还可帮助科学家通过观察细菌、矿物质以及有机物之间的电子转移,了解碳在大气层、陆地和海洋间如何循环。
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曾有人试图用电鳗发电,也有人用植物来发电,但只能做到实验规模,无法实用。美国研究人员的新发现,让细菌成为了生物发电机的新备选项。理论上,只要这种特殊的细菌待在适当材料制成的极板之间,就可以像圈里的奶牛挤奶一样,源源不断地“产电”。人们只需要给它们充足的饲料。这不光是燃料电池的新思路,也可能开辟人类利用生物的全新领域。