البكتيريا في قناتك الهضمية تنتج الكهرباء

قد لا تكون هناك فراشات في معدتك، ولكن هناك بالتأكيد شرارة في قناتك الهضمية.

يمكن لبعض أنواع البكتيريا التي نبتعلها عادة أو وجدت بالفعل في أحشائنا توليد الكهرباء، وفقًا لدراسة جديدة نشرت يوم الأربعاء (12 سبتمبر) في مجلة الطبيعة. يقول الباحث البارز دانيال بورتنوي، عالم الميكروبيولوجي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، إن البكتيريا المولدة للكهرباء أو “الإلكتروكتية” ليست جديدة – يمكن العثور عليها في أماكن بعيدة عنا، كما هو الحال في قاع البحيرات لكن حتى الآن لم يكن لدى العلماء أي فكرة عن أن البكتيريا الموجودة في النباتات المتحللة أو في الثدييات، وخاصة حيوانات المزارع، يمكن أن تولد الكهرباء أيضًا، وبطريقة أبسط بكثير.

في المختبر، قمنا أولاً بتكوين مجموعة من Listeria monocytogenes وهي نوع من البكتيريا التي نأكلها في كثير من الأحيان والتي تسبب في بعض الأحيان عدوى تسمى الليستريات.

هذا النوع من التسمم الغذائي عادة ما يكون أكثر خطورة بالنسبة لأولئك الذين يعانون من ضعف جهاز المناعة، والنساء الحوامل (يمكن أن يسبب لهن الإجهاض) وحديثي الولادة وكبار السن، وفقا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها. وجد الفريق عن طريق وضع البكتيريا في غرفة كهروكيميائية والتقاط الإلكترونات المتولدة بسلك، أو قطب كهربائي، أن هذه البكتيريا التي تنتقل عن طريق الأغذية خلقت تيارًا كهربائيًا.

لماذا الصدمة قال بورتنوي إن هناك عدة أسباب لتوليد بعض البكتيريا للكهرباء، مثل إزالة الإلكترونات المنتجة عن طريق الاستقلاب، وفقا لبيان. لكن الهدف الرئيسي هو خلق الطاقة.

ويقول الكاتب سام لايت، الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، أن هذه البكتيريا لديها “طرق أخرى لتوليد الطاقة أيضًا”، مثل استخدام الأكسجين.

هذه العملية المولدة للكهرباء هي “على الأرجح نظام احتياطي تستخدمه في ظل ظروف معينة”. على سبيل المثال، قد يقومون بتدشينها في ظروف الأكسجين المنخفض للأمعاء.

قام الباحثون بفحص البكتيريا المتحورة – تلك المفقودة أو المتغيرة الجينات – لتحديد الجينات اللازمة للبكتيريا لإنتاج الكهرباء. هذه الجينات بدورها رمز لبعض البروتينات التي هي مفتاح لإنتاج الكهرباء.

ووجد الباحثون أن النظام الذي تستخدمه هذه البكتيريا – وهو شلال من البروتينات التي تحمل الإلكترونات خارج البكتيريا – كان أبسط بكثير من الأنظمة الأخرى التي تستخدمها البكتيريا المولدة للكهرباء (مثل تلك التي تعيش في قاع البحيرة).

تم العثور على معظم الأنظمة السابقة الأخرى في البكتيريا سالبة الجرام، أو تلك تملك جدار خلية يتألف من طبقتين يفصل بين الداخل والبيئة المحيطة.

هذه البكتيريا التي تم تحليلها مؤخرًا إيجابية الغرام، مما يعني أن جدران الخلايا لديها طبقة واحدة فقط. “هذا يعني أن هناك عقبة أقل،” لكي تصل الإلكترونات إلى الخارج.

بمجرد وصول الإلكترونات إلى الخارج، من غير الواضح إلى أين تذهب. وعادة ما تنقل البكتيريا المولدة للكهرباء في مكان آخر الإلكترونات إلى المعادن مثل الحديد أو المنغنيز في بيئتها.

في تجارب فريق البحث، تدفقت الإلكترونات إلى القطب. في القناة الهضمية هناك عدد من الجزيئات المختلفة مثل الحديد من المحتمل أن ترتبط وتقبل الإلكترونات.

وجدوا أيضا أن البكتيريا تحتاج إلى بروتينات الفلافين من أجل البقاء. الفلافين، وهو نوع من فيتامين B2، ينتشر بكثافة في القناة الهضمية. ووجد الباحثون فيما بعد أن البكتيريا لا تحتاج فقط إلى الفلافين للبقاء على قيد الحياة، ولكن الفلافين الإضافي العائم في البيئة المحيطة يمكن أن يعزز النشاط الكهربائي للبكتيريا.

وبمجرد معرفتهم بالجينات المسؤولة عن توليد الكهرباء، قام الفريق كذلك بتحديد المئات من الميكروبات الأخرى التي تولد الكهرباء باستخدام هذه العملية الأبسط – ويعيش عدد منها عادة في القناة الهضمية، في حين أن البعض الآخر مهم في تخمير اللبن أو العمل كبروبيوتيك.

في تعليق نشر في مجلة Nature في نفس اليوم، كتب الباحثون في علم الأحياء المجهرية في جامعة Laty Cahoon و Nancy Freitag، الذين لم يشاركوا في الدراسة: “إنها صدمة للنظام أن نعتبر أن الميكروبات قد تعيش حياة مشحونة للغاية في قناتنا الهضمية”.
وكتب الباحثون إن معرفة هذا المسار الجديد لتوليد الكهرباء “قد يخلق فرصًا لتصميم تكنولوجيات توليد الطاقة التي تعتمد على البكتيريا.”

قال لايت:هناك بالفعل جهود لإنشاء خلايا وقود ميكروبية، أو بطاريات تستخدم البكتيريا لتوليد الكهرباء باستخدام المواد العضوية، كما هو الحال في محطات معالجة النفايات.

ولأن هذه العملية الجديدة أبسط، فهناك فرصة أن تتمكن من تحسين هذه التكنولوجيا، لكن من السابق لأوانه قول ذلك على أكمل وجه.

فهو شخصياً أكثر اهتماماً بفهم ما يحدث بالضبط في القناة الهضمية ـ أي الجزيئات هي التي تستقبل الإلكترونات من البكتيريا وكيف تؤثر هذه العملية على بقاء البكتيريا.

ترجمة: جمانة الشمالي

المصادر: 1