محققان باکتری اشریشیا کلی را برای تولید برق مهندسی کردند

از سال ۱۹۱۱ تاکنون که قارچ‌شناسی بریتانیایی به‌نام مایکل کرسه پاتر به این نکته پی برد که مخمر آبجو برق تولید می‌کند، دانشمندان درتلاش بودند تا از قدرت پیل‌های سوختی میکروبی برای تولید الکتریسیته استفاده کنند؛ اما بازده این رآکتورهای زیستی کوچک و تازه‌کار برای استفاده‌ی عملی بسیار ناچیز به‌شمار می‌رود. علاوه‌براین به‌نظر می‌رسد که میکروب‌ها ممکن است به‌طرز شگفت‌انگیزی در انتخاب موادی که از هضم آن‌ها برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کنند سخت‌گیر باشند.

به‌نقل از ساینس آلرت، درحال‌حاضر تیمی از محققان مؤسسه‌ی فناوری فدرال لوزان سوئیس (EPFL) یکی از رایج‌ترین گونه‌های باکتری به‌نام اشریشیا کُلی (E.coli) را برای تولید برق از فاضلاب کارخانه‌های آبجوسازی مهندسی کرده‌اند. این روش پژوهشگران از جدیدترین گونه‌های مهندسی زیستی پیشی گرفته است.

آردمیس بوقوسیان، مهندس شیمی از EPFL و یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید: «میکروب‌های عجیب‌وغریبی وجود دارند که به‌طور طبیعی الکتریسیته تولید می‌کنند؛ اما آن‌ها این‌کار را فقط درحضور مواد شیمیایی خاص انجام می‌دهند. E.coli می‌تواند در طیف گسترده‌ای از منابع رشد کند و این موضوع به ما اجازه می‌دهد تا در محیط‌های مختلفی مانند فاضلاب‌ها، الکتریسیته تولید کنیم.»

محققان برای تقویت توانایی E.coli در تولید برق، ژنوم این باکتری را اصلاح کردند تا دستورالعمل‌های مخصوص مجتمع‌های پروتئینی موجود در یکی از شناخته‌شده‌ترین مولدهای برق باکتریایی به‌نام شوانلا انیدنسیس (Shewanella oneidensis) را دربرگیرد. شوانلا انیدنسیس وقتی فلزات را کاهش می‌دهد، جریانی از الکترون تولید می‌کند. این سیگنال الکتریکی به‌عنوان مثال برای شناسایی فلزات سنگین مانند آرسنیک در سیستم‌های نمونه‌ی اولیه استفاده می‌شود.

محمد محب، نویسنده‌ی ارشد مطالعه‌ی اخیر و همکارانش، با ترکیب تمام اجزای مسیر تولید الکتریسیته‌ی شوانلا انیدنسیس در باکتری اشریشیا کلی توانستند فعالیت الکتریکی آن را نسبت به گونه‌های مهندسی‌شده قبلی که تنها بخشی از مسیر شوانلا انیدنسیس را شامل می‌شد، دو برابر افزایش دهند.

با وجود نتایج امیدوارکننده آزمایش اخیر، این آزمون در یک اتاقک و در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. آزمون واقعی برای هر فناوری بالقوه باید نمایش کاربرد واقعی آن فناوری در محیط‌های صنعتی باشد.

تحقیقات پیشین، استفاده از جلبک‌ها را در تصفیه‌ی فاضلاب آبجو بررسی کرده‌اند. کارخانه‌های آبجوسازی باید قبل از دورریختن آبی که برای شستشوی غلات و مخازن استفاده می‌کنند، آن را فراوری کنند؛ زیرا این آب حاوی ترکیبی از قندها، نشاسته‌ها، الکل‌ها و مخمر است که درصورت تصفیه‌نشدن ممکن است به شکوفایی باکتریایی نامطلوب منجر شوند.

تیم تحقیقاتی، سیستم E.coli خود را روی نمونه‌ای از فضلاب جمع‌آوری‌شده از یک کارخانه‌ی آبجوسازی محلی در لوزان سوئیس آزمایش کرد و دریافت که باکتری‌های اصلاح‌شده بیش از ۵۰ ساعت، مواد موجود در نمونه‌ی فاضلاب را بلعیدند. به‌گفته‌ی بوقوسیان، شوانلا انیدنسیس در این آزمایش به‌عنوان مقایسه‌کننده استفاده شده بود و قادر به هضم پساب مخلوط نبود. او می‌افزاید: «باکتری‌های مهندسی‌شده‌ی زیستی ما توانستند با تغذیه از این زباله‌ها به‌طور تصاعدی رشد کنند.»

محققان در مراحل بعدی باید دریابند که آیا E.coli اصلاح‌شده‌ی آن‌ها می‌تواند حجم‌های صنعتی را هم فراوری کند یا خیر. درصورت ممکن‌شدن چنین اتفاقی، بشر به میزان قابل‌توجهی در انرژی صرفه‌جویی خواهد کرد. بوقوسیان می‌گوید: «به‌جای صرف انرژی در سیستم برای فراوری زباله‌های آلی، با یک تیر دو نشان می‌زنیم و همزمان درحال تولید الکتریسیته و فراوری زباله‌های آلی هستیم.»

نتایج مطالعه‌ در ژورنال جول منتشر شده است.