Так называемые электро-микробы являются древними с точки зрения эволюционной биологии, но их потенциал только сейчас постепенно раскрывается. Они могут производить и передавать электроны - в конечном счете, электричество. И в основном без потери энергии. В молекулярном масштабе электричество - это не что иное, как направленный поток электронов, который все живые организмы используют в своих клетках.
Целью является биологическая батарея
В рамках конкурса биомодов в этом году (Biomolecular Design) для студентов со всего мира в Сан-Франциско междисциплинарная команда из TU Berlin работает именно над этой темой. «Наша цель - биологическая батарея», - говорит Франциска Грэгер, студентка магистерской программы по биологической химии в TU Berlin и член команды Smart BOB (интеллектуальная биологически оптимизированная батарея).
Электронные скачки выделяют энергию
Внутри клетки некоторые скачки электронов выделяют энергию от одной молекулы к другой. В течение нескольких лет ученые знали бактерии, которые способны таким образом выделять электроны в окружающую среду. Некоторые из этих бактерий передают электроны определенным положительно заряженным ионам металлов в окружающей среде через определенные мембраны.
Таргетный перенос электронов из фотосинтеза
Ученые Smart BOB используют разные виды бактерий и объединяют их способности. «Бактерия Shewanella имеет специальную белковую конструкцию в своей мембране для нацеливания электронов на железо или марганец в этой области. Наш первый шаг - генетическая инженерия этого белка в цианобактерии ».
Цианобактерии - это своего рода интерфейс между растениями и бактериями. Они автотрофны, поэтому они могут использовать солнечный свет для производства источников энергии глюкозы и кислорода из углекислого газа в атмосфере. «Если нам удастся доставить белковый комплекс из Shewanella в цианобактерии, эти белки могут взять электроны из фотосинтеза и выпустить их на электрод. Это может создать поток тока », - объясняет биохимик планы группы.
Бионика
Бионическое воздушное покрытие облегчает плавание судов по воде
Почвенные бактерии управляют фонариком
Уже можно собирать свободные электроны от различных почвенных бактерий в небольшой степени. Ученые демонстрируют это впечатляюще маленькой лампочкой на каменщике с землей. Два специальных электрода собирают электроны из почвенных бактерий в земле и передают их лампе. «Конечно, мало электричества собирается», - говорит Грейгер. «Таким образом, мы можем работать только с небольшим фонарем. Наша цель - клонировать как можно больше белковых комплексов из Shewanella в цианобактерии, чтобы значительно увеличить количество электричества. Эти специальные бактерии могут затем наноситься непосредственно на электроды с помощью обычного принтера, чтобы можно было немедленно обменивать электроны и оптимизировать выход ».
Проект ищет сторонников
Междисциплинарная команда из разных берлинских университетов участвует в международном конкурсе Biomod с 2015 года. Проект организован Департаментом биокатализа профессором Недилько Будисой и Кластером передового опыта Uni-Sys-Cat в TU Berlin, при поддержке награды за образцовое обучение общества со стороны друзей TU Berlin. «Междисциплинарность чрезвычайно важна для проекта, - говорит Грегер, - потому что мы должны не только стоять в лаборатории и успешно работать биохимически, мы также должны все организовывать сами: функционирующая лаборатория, хороший веб-сайт и привлекательная работа на Джамбори в октябре» Сан-Франциско и, наконец, что не менее важно, все финансирование проекта и нашей поездки на конкурс. Поэтому мы все еще ищем новых сторонников ».