Phát hiện mới nhất về điện hóa học của vi khuẩn được kỳ vọng sẽ dẫn tới những đổi mới về năng lượng hiện đại.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một số vi khuẩn thở bằng cách tạo ra điện. Quá trình tự nhiên đẩy các electron vào môi trường xung quanh thay vì hít thở oxy. Cơ chế này được kỳ vọng sẽ tạo ra phát triển mới trong năng lượng sạch và công nghệ sinh học công nghiệp.

Một nhóm do nhà sinh học Caroline Ajo-Franklin của Đại học Rice dẫn đầu đã xác định được cách những vi khuẩn này đẩy các electron ra bên ngoài. Nghiên cứu mới cung cấp cái nhìn thoáng qua về một chiến lược ẩn giấu trước đây của sự sống vi khuẩn.

Ajo-Franklin, Giáo sư khoa học sinh học, Giám đốc Viện Sinh học Tổng hợp Rice tuyên bố, nghiên cứu này không chỉ giải quyết bí ẩn khoa học lâu đời mà còn chỉ ra chiến lược sinh tồn mới và có khả năng lan rộng trong tự nhiên.

Những phát hiện mới nhất về điện hóa học của vi khuẩn dự kiến ​​sẽ dẫn đến những cải tiến năng lượng hiện đại. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng hầu hết sinh vật hiện đại đều dựa vào oxy để chuyển hóa thức ăn và giải phóng năng lượng. Oxy đóng vai trò là chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi phản ứng tạo ra năng lượng. Tuy nhiên, vi khuẩn, vốn già hơn nhiều so với các sinh vật hiện đại như con người và thực vật đã tiến hóa theo những cách khác để hô hấp trong môi trường thiếu oxy, bao gồm lỗ thông hơi dưới biển sâu và ruột người, theo nghiên cứu.

Các nhà sinh học cũng nhấn mạnh rằng một số vi khuẩn sử dụng các hợp chất tự nhiên gọi là naphthoquinone để truyền electron ra bề mặt bên ngoài. Quá trình này được gọi là hô hấp ngoại bào, mô phỏng cách pin xả dòng điện, cho phép vi khuẩn phát triển mà không cần oxy.

Hình ảnh 3D về pin lăng trụ và vi khuẩn là biểu tượng của pin sinh học.

Được công bố trên tạp chí Cell, nghiên cứu cho thấy nhiều loại vi khuẩn sử dụng các con thoi oxy hóa khử để trao đổi electron với môi trường của chúng thông qua quá trình truyền electron ngoại bào có trung gian (EET), hỗ trợ sự sống còn kỵ khí. Mặc dù EET có trung gian đã được sử dụng cho quá trình xúc tác điện sinh học trong nhiều thập kỷ nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi cơ bản về cách các con thoi oxy hóa khử này bị giảm trong tế bào và vai trò của chúng trong sinh năng lượng tế bào.

Biki Bapi Kundu - nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Rice và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu tuyên bố, cơ chế hô hấp mới được phát hiện này là một cách đơn giản và khéo léo để hoàn thành công việc.

“Naphthoquinone hoạt động như chất chuyển phát phân tử, mang electron ra khỏi tế bào để vi khuẩn có thể phân hủy thức ăn và tạo ra năng lượng", vị này nhấn mạnh.

Các nhà nghiên cứu mô phỏng sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường không có oxy nhưng giàu bề mặt dẫn điện bằng cách sử dụng mô hình máy tính tiên tiến. Các mô phỏng cho thấy vi khuẩn thực sự có thể tự duy trì bằng cách giải phóng electron ra bên ngoài. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tiếp theo xác nhận rằng vi khuẩn được đặt trên vật liệu dẫn điện tiếp tục phát triển và tạo ra điện, thực sự thở qua bề mặt, theo như bản phát hành.

Quản lý tốt hơn sự mất cân bằng electron có thể cải thiện đáng kể việc xử lý nước thải và sản xuất sinh học. Người ta cũng cho rằng vi khuẩn thải ra điện có thể khắc phục sự mất cân bằng này để duy trì hệ thống hoạt động hiệu quả. Ajo-Franklin cho biết thêm: "Công trình này đặt nền tảng cho việc khai thác carbon dioxide thông qua điện tái tạo, nơi vi khuẩn hoạt động tương tự như thực vật có ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp. Nó mở ra cánh cửa để xây dựng các công nghệ thông minh hơn, bền vững hơn với sinh học là cốt lõi".

Nguồn: vietq.vn