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人体肠道细菌可以“发电”:主要目的是制造能量

2018-09-29 16:21  浏览:  
据国外国媒体体报道,目前,科学家最新一项研究表明,人体肠道细菌能够“发电”。该研究报告发表在近期出版的《自然》杂志上。研究报告合著编辑、美国加州大学伯克利分校微生物学家丹尼尔·波特努瓦(Daniel Portnoy)称,发电细菌并非一个新概念,在远离人类生活的环境中可以找到,例如:湖泊底部。

但是之前科学家还不知道腐烂植物或者哺乳动物体内的细菌能以一种更简单的方式发电,尤其是农场牲畜。在实验室里,波特努瓦和研究小组首次培育了一批单核细胞增生李斯特菌,在日常饮食中,人们很容易吞入这种细菌,从而感染李斯特菌病。这种食物中毒对免疫系统低下、孕妇(可能导致流产)、新生儿和老年人群最危险。

通过将单核细胞李斯特菌放置在电化室里,能用电线或者电极捕获生成的电子,研究小组发现这些食源性细菌可以产生电流。

该发现为什么令人惊奇?

波特努瓦指出,为什么一些细菌产生电流存在几个原因,例如:移除新陈代谢过程产生的电子,但最主要的目的是制造能量。

研究报告第一编辑、加州大学伯克利分校博士后研究员萨姆·莱特(Sam Light)说:“但是单核细胞李斯特菌也有产生能量的其它方式,例如通过使用氧气。”

这种发电过程可能是“特定条件下使用的备用系统”,例如:它们可能在肠道低氧状态下启动发电功能。

研究人员筛选了突变细菌(那些基因缺失或者改变的细菌),从而确定哪些基因是细菌产生电能所必需的。这些基因反过来会编码某些蛋白质,而这些蛋白质是发电的关键因素。

他们发现这种细菌使用的发电系统(携带电子脱离细菌的一连串蛋白质),比其它的电致细菌(例如生活在湖底的细菌)使用的发电系统更加简单。

以前大多数发电系统都是在革兰氏阴性菌中发现的,或者它们的细胞壁是由两层构成,从而使细菌内部和外部环境隔离。研究人员最近分析的细菌呈革兰氏阳性,意味着它们的细胞壁只有一层,电子向外释放的障碍少了一层。

但是当电子抵达细菌外部,就不清楚电子会流向何处。其它致电细菌通常会将电子转移到外部环境中的铁或者锰等矿物质。在研究小组的实验中,电子会流入电极,肠道中许多不同分子,例如:铁,可能会结合并接受电子。

同时,研究人员发现这些致电细菌需要黄素蛋白质存活下来,黄素是维生素B2的一种变体,在肠道中大量存在。研究人员后来发现这种细菌不仅需要黄素才能存活,而且周围环境中自由漂浮的黄素可以增强细菌的发电活性。

发电细菌

一旦研究小组知道哪些基因负责发电,他们将使用类似进程进一步识别数百种发电细菌,通常一些细菌存在于肠道之中,而其它细菌则在乳酪发酵或作为益生菌方面发挥着重要作用。

美国伊利诺伊大学微生物学家拉蒂·卡霍恩(Laty Cahoon)和南希·弗赖塔格(Nancy Freitag)并未参与这项研究,他们指出,考虑到细菌可能在大家肠道高带电环境下生存,这种最新发电方式可能有助于设计细菌基础能量生成技术。

莱特称,目前已有研究人员研制微生物燃料电池,或者使用细菌利用有机物发电的电池,就像垃圾处理厂一样。因为这种最新工艺较简单,所以有可能进行改进,但目前对此定论还为时过早。

莱特更感兴趣的是知晓肠道内究竟发生了什么——哪些分子从细菌获得电子,以及这个过程如何影响细菌的生存。

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