Деякі види бактерій використовують електрику для отримання, наприклад, алкоголю. Були навіть спроби комерціалізувати цей процес. Але ось його біологія залишалася нез’ясованою. Тепер групі німецьких дослідників вперше вдалося експериментально підтвердити, що бактерії використовують водень, яикй утворюється в ході електролізу для синтезу органічних речовин.
Під час мікробного електросинтезу (МЕС) мікроорганізми, що піддаються впливу електрики, зв’язують вуглекислий газ, перетворюючи його в різні речовини, такі як спирти та органічні кислоти. Ця перспективна “зелена” технологія, що дозволяє перетворювати атмосферний вуглекислий газ в паливо, відома більше десяти років. Але біологічна сторона питання залишалася невідомою, що ускладнювало комерціалізацію процесу.
І ось група дослідників з декількох наукових центрів Німеччини домоглася прориву в цьому питанні. Дослідники не тільки змогли довести, як саме бактерії переносять одержувані від електричного струму електрони, а й уточнити спектр вироблених таким способом органічних речовин, а також оптимізувати процес для максимально можливого виходу. Результати дослідження опубліковані в журналі Green Chemistry.
Під час МЕС електрику і 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 в водний розчин відбувається ще один процес — електроліз, розщеплення молекул води на водень і кисень.
Щоб перевірити, як наявність водню в системі впливає на електросинтез, вчені налаштували лабораторні біореактори таким чином, щоб враховувати всі параметри розчину в процесі МЕС. Це дозволило довести, що чим більше водню було доступно бактеріям Clostridium ljungdahlii, тим більше речовин вони могли синтезувати в одиницю часу. Якщо ж водню в суміші було недостатньо (наприклад, сила струму була занадто мала для електролізу води), бактерії різко знижували інтенсивність електросинтезу.
Оптимізувавши напругу і концентрацію бактерій в розчині, вчені змогли збільшити вихід корисного продукту електросинтезу — ацетату, а також виявити в розчині аміносполуки, які раніше методом МЕС не отримували. Конкретно мова про амінокислоті гліцині і первинний спирт етаноламін, 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.