Вчені вперше змусили мікроби синтезувати амінокислоту за допомогою електрики

Деякі види бактерій використовують електрику для одержання, наприклад, алкоголю. Були навіть спроби комерціалізувати цей процес. Але його біологія залишалася нез’ясованою. Тепер групі німецьких дослідників вперше вдалося експериментально підтвердити, що бактерії використовують водень, що утворюється в ході електролізу, для синтезу органічних речовин.

В ході мікробного електросинтезу (МЕС) мікроорганізми, що піддаються впливу електрики, зв’язують вуглекислий газ, перетворюючи його в різні речовини, такі як спирти і органічні кислоти. Ця перспективна «зелена» технологія, що дозволяє перетворювати атмосферний вуглекислий газ на паливо, відома понад десять років. Але біологічна сторона питання залишалася невідомою, що ускладнювало комерціалізацію процесу.

І ось група дослідників з кількох наукових центрів Німеччини досягла прориву в цьому питанні. Дослідники не тільки змогли довести, як саме бактерії переносять електрони, що отримуються від електричного струму, а й уточнити спектр органічних речовин, що виробляються таким способом, а також оптимізувати процес для максимально можливого виходу. Результати дослідження опубліковані в журналі Green Chemistry .

Під час МЕМ електрика та вуглекислий газ подаються в живильний розчин, де містяться бактерії, і деякий час вчені вважали, що для зв’язування газу мікроорганізми вловлюють електрони безпосередньо. Однак при подачі електрики у водний розчин відбувається ще один процес – електроліз , розщеплення молекул води на водень та кисень.

Щоб перевірити, як наявність водню у системі впливає електросинтез, вчені налаштували лабораторні біореактори в такий спосіб, щоб враховувати все параметри розчину у процесі МЭС. Це дозволило довести, що чим більше водню було доступно бактеріям Clostridium ljungdahlii , тим більше речовин вони могли синтезувати в одиницю часу. Якщо водню в суміші було недостатньо (наприклад, сила струму була занадто мала для електролізу води), бактерії різко знижували інтенсивність електросинтезу.

Оптимізувавши напругу та концентрацію бактерій у розчині, вчені змогли збільшити вихід корисного продукту електросинтезу – ацетату , а також виявити в розчині аміносполуки , які раніше методом МЕМ не отримували. Конкретно йдеться про амінокислоту гліцину та первинний спирт етаноламіну , більш цінних, ніж етанол або ацетат, що виходили за допомогою цих бактерій раніше. Оскільки аміносполуки широко застосовуються в хімічній промисловості, це відкриття може допомогти зробити технологію МЕМ комерційно життєздатною.