Geobacter Microbe毛茸茸的小手掌握了甲烷沼气的关键

在波托马克河的泥浆中发现的一种名为Geobacter的微生物在过去20年中一直在悄悄地向马萨诸塞大学的一组研究人员展示其独特的电性能。由微生物学家德里克·洛夫利（Derek Lovley）领导的研究人员正在开发利用Geobacter进行甲烷沼气生产和环境修复的方法，就在上周，他们宣布了一项新发现，该发现最终可以解决其他生物学家提出的“重大反对意见”。即，微生物如何在生物学上像金属一样导电？

地细菌由U Mass提供

Geobacter的Pili优势

Lovley团队最初是通过将Geobacter开发为一种基于生物的“绿色修复”工具开始的，该工具可以有效地清除被石化产品甚至放射性物质污染的土壤或地下水。

随着研究的进展，研究小组开始研究Geobacter从废水中的有机物质发电的能力。他们成功地证明了长长的头发状“菌毛”网络是使Geobacter能够形成高导电性生物膜的机制。

这一发现的意义是巨大的。除生物修复和甲烷沼气生产外，Geobacter还为生产定制设计或“可调”导电材料打开了潜力，这些导电材料可通过生物过程自组装，并以低成本，低影响力的燃料（例如乙酸）为原料。与传统机械制造形成鲜明对比。

研究小组还开始研发更强大的Geobacter菌株，从而产生了足够强大的电流，可以用作微生物燃料电池的基础（顺便说一句，它吸引了美国海军的关注，该海军一直在为这项研究提供资金）与能源部）。

地细菌的生物学解释

在最新的进展中，研究小组成功地证明了氨基酸是Geobacter独特电特性的生物学平台。

这一发现意义重大，因为尽管研究小组很早就成功确定了Geobacter的电导率背后的物理原理，但描述其生物学机制更具挑战性。如Lovley所述：

对于生物学家来说，地球细菌的行为代表了范式的转变。它与我们所学的有关生物电子转移的所有知识背道而驰，生物电子转移通常涉及电子从一个分子跳到另一个分子。

正如U Mass作家Janet Lothrop所描述的那样，这项新研究于2011年开始发展，当时研究小组首次发现菌毛的电导率是基于在合成有机材料中发现的相同类型的电子传输。通常用于电子产品。

该电导率基于芳香环结构（芳香是指某些分子结构的稳定化），并且由于Geobacter具有芳香氨基酸形式的相似结构，因此研究人员将精力集中在此。

果不其然，当它们在非芳香族氨基酸中精制后，它们与芳香族对应物相同时，他们想到了一种新的土杆菌，看起来相同，但菌毛不再充当导线。

正如Lovley所说，“我们所做的等同于将铜缆从延长线上拉出来。”

更多更好的沼气

甲烷沼气回收已经成为奶牛场和其他畜牧业以及废水处理厂，垃圾填埋场，食品生产设施甚至啤酒厂的一项有吸引力的投资。

沼气的价值仅是回报的一部分，因为该过程减少了进入填埋场的废物量，而且还可以产生惰性有机物质，可用作土壤改良剂。

另一方面，尽管有沼气回收的优势，但设备的前期投资仍然是一个障碍。在这里，Geobacter可以通过开发更有效，更实惠和更紧凑的沼气回收系统来发挥重要作用。

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