Ученые разработали бактерии E. Coli для производства электроэнергии
С 1911 года, когда британский миколог Майкл Кресс Поттер заметил, что пивные дрожжи генерируют электричество, ученые пытались использовать силу микробных топливных элементов. Но эффективность крошечных, многообещающих «биореакторов» оказалась слишком низкой 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 наиболее распространенных видов бактерий, Escherichia coli, для выработки электроэнергии из сточных вод пивоваренных заводов – и он превзошел самые последние биоинженерные штаммы. Новое исследование опубликовано в журнале Joule.
«Хотя существуют экзотические микробы, которые естественным образом производят электричество, они могут делать это только в присутствии определенных химикатов», — объясняет старший автор и инженер-химик Ардемис Богосян из EPFL. «Э. coli может расти в самых разных источниках, что позволило нам производить электроэнергию в самых разных средах, в том числе из сточных вод».
Чтобы повысить способность кишечной палочки вырабатывать электричество, исследователи модифицировали ее 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.
Включив все компоненты пути генерации электричества S. oneidensis в E. coli, Мохаммед Мухиб, ведущий автор исследования, Богосян и его коллеги увеличили ее электроактивность в два раза по сравнению с ранее созданными штаммами (которые включали только часть 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 промывки зерна и промывки резервуаров, прежде чем выбрасывать ее, поскольку она содержит смесь сахаров, крахмалов, спиртов и дрожжей, которая может вызвать нежелательное цветение микробов, если ее сливать без очистки.
Поэтому команда протестировала свою систему E. coli на образце сточных вод, собранных на местной пивоварне в Лозанне, Швейцария, которые модифицированные бактерии с радостью поглотили в течение 50 часов.
«Наши биоинженерные электрические бактерии смогли процветать в геометрической прогрессии, питаясь этими отходами», — говорит Богосян, тогда как S. oneidensis, используемый в качестве сравнения, не был способен переваривать смешанные сточные воды.
Это делает созданную E. coli гораздо более подходящей для очистки промышленных сточных вод, хотя ее потенциал выработки электроэнергии все еще медленнее, чем у S. oneidensis, говорят исследователи.
Пристрастие E. coli к различным химическим субстратам также означает, что сконструированные бактерии могут быть адаптированы к другим потокам отходов и сырью.
В любом случае исследователям необходимо будет проверить, сможет ли их модифицированная кишечная палочка 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 выстрелом», — говорит Богосян.
Обсудим?
Смотрите также:
