Bakterier i tarmfloran kan ge upphov till elektrisk ström. Det visar en ny studie från Lunds universitet. Resultaten är av värde vid utveckling av läkemedel, men även vad gäller exempelvis produktionen av bioenergi.
Det är sedan tidigare känt att bakterier kan skapa en elektrisk ström utanför sin egen cell, så kallad extracellulär elektrontransport. Detta har påvisats och analyserats i detalj hos några bakterier som är specialiserade på omsättning av metallsalter. Nu har en grupp forskare studerat extracellulär elektrontransport hos en helt annan typ av bakterie, nämligen mjölksyrabakterien Enterococcus faecalis, som finns i magtarmkanalen hos människa och djur.
Forskarna har i den aktuella studien undersökt vad som krävs för att elektroner från bakterien ska transporteras till en elektrod. Resultaten från deras laboratorieexperiment visar att enterokocker placerade vid en elektrod kan ge upphov till elektrisk ström som skapas genom ämnesomsättningen i cellen. Vad som konkret händer är att elektroner frisätts när bakterien bryter ner socker inne i sin cell. Själva överföringen av elektroner till elektroden görs med hjälp av så kallade kinonmolekyler i cellhöljet.
– Troligtvis har mjölksyrabakterier, och många andra bakterier i brett perspektiv, förmåga att göra elektrokemi, säger Lars Hederstedt, biologiprofessor vid Naturvetenskapliga fakulteten på Lunds universitet.
Resultaten i studien visar dessutom att en bakterie i sin naturliga miljö, det vill säga tillsammans med andra sorters bakterier och svampar, kan få egenskaper som den annars saknar. Det som sker är att två eller flera sorters mikroorganismer sammanflätar sin metabola kapacitet, sin ämnesomsättning, så att det gynnar tillväxt av den ena eller båda organismerna. Denna form av samarbete mellan mikroorganismer, så kallad syntrofi, kan enligt den aktuella studien vara knuten till elektrontransport mellan de inblandade parterna.
– Syntrofi ger metabol förmåga som cellerna inte har var för sig. Exempelvis kan en viss kemisk förening effektivt brytas ner i naturen bara när två olika sorters bakterier förekommer tillsammans, men inte av bakterierna enskilt, säger Lars Hederstedt.
Detta fenomen är av medicinskt intresse eftersom enterokocker finns normalt i tarmen hos människor och djur. Vissa arter, såsom Enterococcus faecalis, ger upphov till infektioner som ibland kan vara svåra att behandla med antibiotika. Vidare är ämnesomsättningen hos enterokocker associerad med uppkomst av vissa typer av tjocktarmscancer.
Forskningen är intressant även för andra områden. Detaljerad kunskap om elektrontransport mellan bakterier och elektroder är betydelsefull för att man ska kunna konstruera och förbättra mikrobiella elektrokemiska system. Sådana system har många användningsområden utöver läkemedelsutveckling, exempelvis bränsleceller inom bioenergiproduktion, avloppsreningsverk och biosensorer.
– Vi tror att våra resultat stimulerar till mer forskning på miljöer med komplex organismsammansättning, säger Lars Hederstedt som har genomfört den aktuella studien i samarbete främst med kemiforskare vid Lunds universitet.
Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Biochemistry [https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biochem.8b00600]
