微生物靠吃电子来减少二氧化碳

华盛顿大学的一个研究小组展示了一种叫做沼泽红假单胞菌的光合微生物如何从金属氧化物或铁锈等导电物质中吸收电子来减少二氧化碳。照片:华盛顿大学波士顿实验室

圣路易斯华盛顿大学的新研究解释了一个细胞过程:喜欢阳光的微生物“吃”电，这种电将电子转移到人体以固定二氧化碳，从而促进其生长。

生物学助理教授阿普塔·博斯和博士生迈克尔·古兹曼及其研究团队进行了这项研究，展示了自然产生的沼泽红假单胞菌如何从金属氧化物或铁锈等导电物质中吸收电子。这项研究发表在3月22日的《自然通讯》上。

Bose之前进行过一项研究，发现沼泽红假单胞菌TIE-1可以从铁锈等物体上吸收电子，这一过程称为细胞外电子吸收。沼泽红细菌是一种光营养细菌，这意味着它利用光能进行某些代谢过程。

Bose研究微生物代谢及其对生物地球化学循环的影响。她说:“这是第一次清楚地表明生物体内的电力消耗和碳封存之间的关系。”

这种机制有助于人们利用微生物的自然能力进行可持续的能量储存或其他生物能源应用。

Bose说:“沼泽红假单胞菌菌株可以在野外找到，比如马萨诸塞州伍兹霍尔的一座生锈的桥。你可以在任何地方找到这些生物。这表明细胞外电子摄取过程实际上可能非常普遍。”

古兹曼补充道:“主要的挑战是沼泽红假单胞菌是一种厌氧生物，所以你必须在厌氧环境中培养它，这样它才能获得光能。但另一方面，这种生物具有许多其他生物所没有的多功能性。”

研究人员发现，吸收电子后，电子进入对光合作用很重要的膜中的蛋白质。更令人惊讶的是，当他们去除这种微生物固定碳的能力时，它吞噬电子的能力也下降了90%。

“它真的想用这个系统来固定碳，”博斯说。"如果你剥夺了它的自然能力，它将不再想吃电子产品."

Bose说:“这种微生物给氧化还原池充电，储存电子并高度还原它们。为了排出它，细胞减少二氧化碳。所有这些工作的能量都来自阳光。整个过程是重复的，细胞只需要用电、二氧化碳和阳光就能产生生物分子。”

这个团队克服了许多技术障碍完成了这项研究。麦凯工程学院的马克·米查姆设计并制造了一种微流体装置，使研究人员能够对细胞内活动进行深入研究。该团队还获得了其他合作伙伴的支持，包括地球和行星科学部的大卫·菲克，他使用二次离子质谱来确定微生物利用二氧化碳的过程。

古兹曼说:“很久以来，人们就知道微生物可以与环境中的电极类似物，即带电矿物相互作用。但是没有人真正理解这一过程是如何由光自养生物完成的，比如那些可以螯合碳并利用光产生能量的生物。这项研究填补了人们对这一领域认识不足的空白

Bose的实验室正致力于利用这些微生物制造生物塑料和生物燃料。

博斯说:“我们希望这种将电和光结合起来减少二氧化碳的能力能够帮助我们找到解决能源危机的可持续方案。”

蝌蚪工作人员从科学日报编译，翻译狗葛格，转载必须授权。