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加州大学伯克利分校的研究人员说，他们发现一种常见的引起腹泻的细菌单核增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)使用一种与已知的电致细菌完全不同的方法发电，数百种其他细菌也使用同样的方法发电。他们的研究(“一种基于黄素的细胞外电子转移机制在不同革兰氏阳性细菌中”)发表在《自然》杂志的网络版上，对于那些目前正试图利用微生物制造活电池的人来说，这将是一个好消息。例如，这种“绿色”生物能源技术可以利用废物处理厂的细菌发电。
细胞外电子转移(EET)描述了微生物的生物电化学过程，即电子从细胞溶胶转移到细胞外部。呼吸矿物质的细菌利用复杂的血液电子传递机制，但其他eet的存在和机制基础仍不清楚。这里我们展示了食源性单核增生李斯特菌利用一种独特的基于黄素的EET机制将电子传递到铁或电极。通过对L.单核细胞基因突变体进行正向遗传筛选，发现其细胞外铁还原酶活性降低，我们确定了导致EET的8个基因位点。这个位点编码一种特殊的NADH脱氢酶，它通过将电子引导到一个离散的膜定位醌池，从而将EET与有氧呼吸分离开来。其他蛋白质促进大量细胞外黄蛋白的组装，与自由分子黄酮梭体结合，介导电子转移到细胞外受体，”研究人员写道。
该系统因此建立了一个简单的电子管道，与革兰氏阳性细胞的单膜结构兼容。EET的激活支持不可发酵碳源的生长，而EET突变体在小鼠胃肠道中表现出竞争性缺陷。在厚壁菌门的数百个物种中，包括多种肠道菌群的病原体和共生体成员，都存在与EET相关的基因同源物，并与被测菌株的EET活性相关。这些发现表明，以eet为基础的生长能力更加普遍，并建立了之前被低估的跨不同环境的电致细菌相关性，包括宿主相关的微生物群落和传染病。
这些发光的细菌中有很多是人体肠道微生物群的一部分，其中很多都是致病性的，比如引起食源性疾病李斯特菌病(listeriosis)的细菌，这种病也会导致流产。引起坏疽(梭菌)和医院获得性感染(粪肠球菌)以及一些致病链球菌的细菌也会产生电流。其他的电致细菌，比如乳酸菌，在发酵酸奶中很重要，其中很多都是益生菌。
“事实上,很多细菌与人类的相互作用,如病原体或益生菌或人类微生物群或参与发酵的产品,之前electrogenic-that已经错过了,”Dan Portnoy说,博士,加州大学伯克利分校教授的分子和细胞生物学和植物和微生物生物学。“它可以告诉我们很多关于这些细菌是如何感染我们的，或者帮助我们拥有一个健康的肠道。
细菌发电是为了去除新陈代谢过程中产生的电子并支持能量的产生。当动物和植物将它们的电子转移到每个细胞线粒体内的氧气中时，处于缺氧环境中的细菌，包括我们的肠道，也包括酒精和奶酪发酵罐和酸性矿井，必须找到另一个电子受体。在地质环境中，通常是细胞外的一种矿物，如铁或锰。在某种意义上，这些细菌“呼吸”铁或锰。
将电子从细胞转移到矿物质需要一系列特殊的化学反应，即所谓的细胞外电子转移链，它以微小的电流形式携带电子。一些科学家已经利用这条链来制造电池:将电极插入这些细菌的烧瓶中，你就可以发电了。
根据研究小组的说法，新发现的细胞外电子传递系统实际上比已知的传递链更简单，而且似乎只有在必要的时候才会被细菌使用，可能是在氧气水平较低的时候。到目前为止，这种更简单的电子传递链已经在单细胞壁的细菌中被发现——这些细菌被归类为革兰氏阳性细菌——它们生活在含有大量黄酮的环境中，黄酮是维生素B2的衍生物。
第一作者、博士后萨姆·莱特博士说:“这些细菌的细胞结构和它们所占据的富含维生素的生态位，使得从细胞中转移电子更加容易，也更加划算。”“因此，我们认为，传统研究的矿物质呼吸细菌之所以使用细胞外电子转移，是因为它对生存至关重要，而这些新发现的细菌之所以使用它，是因为它‘容易’。”
为了了解这个系统有多强大，莱特博士与劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的科学家卡罗琳·阿乔·富兰克林(Caroline Ajo-Franklin)博士合作。后者研究的是活微生物与无机材料之间的相互作用，可能用于碳捕获和封存以及生物太阳能发电。她用一个电极测量了从细菌中流出的电流——高达500微安——证实了它确实是电致的。事实上，它们产生的电量——每个细胞每秒大约10万个电子——相当于已知的电致细菌产生的电量。
莱特博士对乳酸菌中这种系统的存在特别感兴趣，这种细菌对奶酪、酸奶和酸菜的生产至关重要。他认为，也许电子传递在奶酪和泡菜的味道中起了作用。
他说:“这是人们没有意识到的细菌生理学的一个重要组成部分，它可能被操纵。”
Drs。光和Portnoy有更多关于如何以及为什么这些细菌发展这样一个独特的系统,例如,简单,容易转移电子通过一个细胞壁而不是两个,和机会,利用无处不在的黄素分子摆脱电子似乎使这些细菌能够找到一种方法来在富氧和缺氧环境中生存下来。
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