I batteri nel tuo intestino producono elettricità / The Bacteria in Your Gut Produce Electricity

I batteri nel tuo intestino producono elettricità / The Bacteria in Your Gut Produce Electricity

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Alcuni batteri, come Listeria

 monocytogenes, possono generare

 elettricità. Questi batteri trasportano gli elettroni

 attraverso la parete cellulare negli ambienti

 circostanti, con l'aiuto delle molecole di flavina

 (mostrate in giallo) / Some bacteria, like Listeria monocytogenes, can generate electricity. These bacteria transport electrons through the cell wall into the surrounding environments, with help from flavin molecules (shown in yellow). (Credito

 immagine: grafica Amy Cao. Copyright UC

 Berkeley.)

Potrebbero non esserci farfalle nello stomaco, ma ci sono sicuramente scintille nel tuo intestino.

Alcuni tipi di batteri che vengono comunemente consumati o già presenti nel nostro intestino possono creare elettricità, secondo un nuovo studio pubblicato mercoledì (12 settembre) sul Journal Nature.

I batteri che generano elettricità, o "elettrogenici", non sono qualcosa di nuovo: possono essere trovati in luoghi lontani da noi, come sul fondo dei laghi, ha affermato l'autore senior Daniel Portnoy, un microbiologo dell'Università della California, a Berkeley. 

Ma fino ad ora, gli scienziati non avevano idea che i batteri trovati nelle piante in decomposizione o nei mammiferi, in particolare negli animali da fattoria, potessero anche generare elettricità, e in un modo molto più semplice, ha detto Portnoy.

In laboratorio, Portnoy ed il suo gruppo hanno prima coltivato un lotto di Listeria monocytogenes, una specie di batteri che mangiamo spesso e che a volte causa un'infezione chiamata listeriosi. Questo tipo di intossicazione alimentare è in genere più pericoloso per le persone con un sistema immunitario indebolito, le donne in gravidanza (può causare aborti spontanei), i neonati e gli anziani, secondo i Centers for Disease Control and Prevention.

Posizionando i batteri in una camera elettrochimica e catturando gli elettroni generati con un filo, o elettrodo, il gruppo ha scoperto che questi batteri di origine alimentare hanno creato una corrente elettrica.

Perché lo shock?

Ci sono diversi motivi per cui alcuni batteri generano elettricità, ad esempio per rimuovere gli elettroni prodotti dal metabolismo, secondo una dichiarazione. Ma lo scopo principale è creare energia, ha detto Portnoy.

Ma Listeria monocytogenes ha "anche altri modi per generare energia", come l'uso dell'ossigeno, ha affermato l'autore principale Sam Light, ricercatore post-dottorato presso l'Università della California, a Berkeley. Questo processo di generazione di elettricità è "probabilmente un sistema di backup che usano in determinate condizioni". Ad esempio, possono distribuirlo in condizioni di scarso ossigeno nell'intestino.

I ricercatori hanno esaminato i batteri mutati, quelli con geni mancanti o alterati, per identificare quali geni erano necessari affinché i batteri producessero elettricità. Quei geni a loro volta codificano per alcune proteine ​​che sono fondamentali per produrre elettricità.

Hanno scoperto che il sistema utilizzato da questi batteri, una cascata di proteine ​​che trasportano gli elettroni fuori dai batteri, era molto più semplice dei sistemi utilizzati da altri batteri elettrogeni (come quelli che vivono sul fondo di un lago).

La maggior parte degli altri sistemi precedenti sono stati trovati nei batteri gram-negativi, ovvero quelli con una parete cellulare composta da due strati che separa l'interno dall'ambiente. Questi batteri recentemente analizzati sono gram-positivi, il che significa che le loro pareti cellulari hanno un solo strato. "Ciò significa che c'è un ostacolo in meno", perché gli elettroni raggiungano l'esterno, ha detto Light a WordsSideKick.com.

Ma una volta che gli elettroni raggiungono l'esterno, non è chiaro dove vadano. I batteri elettrogeni altrove in genere trasferiscono gli elettroni a minerali come ferro o manganese nel loro ambiente. Negli esperimenti del gruppo di ricerca, gli elettroni sono confluiti nell'elettrodo. Nell'intestino, un numero di molecole diverse, come il ferro, potrebbe potenzialmente legarsi e accettare elettroni, ha detto Light.

Hanno anche scoperto che i batteri avevano bisogno delle proteine ​​della flavina per sopravvivere. La flavina, una variante della vitamina B2, popola densamente l'intestino. I ricercatori hanno poi scoperto che i batteri non solo avevano bisogno della flavina per sopravvivere, ma che la flavina in più nell'ambiente circostante potrebbe aumentare l'attività elettrica dei batteri.

Batteri generatori di energia

Una volta individuati i geni responsabili della generazione di elettricità, il gruppo ha identificato centinaia di altri microbi che generano elettricità utilizzando questo processo più semplice: alcuni di essi risiedono comunemente nell'intestino, mentre altri sono importanti nella fermentazione dello yogurt o come probiotici.

In un commento pubblicato su Nature lo stesso giorno, i microbiologi dell'Università dell'Illinois Laty Cahoon e Nancy Freitag, che non erano coinvolti nello studio, hanno scritto: "È uno shock per il sistema considerare che i microbi potrebbero vivere vite altamente cariche nel nostro intestino." La conoscenza di questo nuovo percorso di generazione di elettricità "potrebbe creare opportunità per la progettazione di tecnologie di generazione di energia basate sui batteri", hanno scritto i ricercatori.

Ci sono già sforzi per creare celle a combustibile microbiche , o batterie che utilizzano i batteri per generare elettricità utilizzando materia organica, come negli impianti di trattamento dei rifiuti. Poiché questo nuovo processo è più semplice, c'è la possibilità che possa migliorare tale tecnologia, ma è troppo presto per dirlo con certezza, ha affermato Light.

Personalmente è più interessato a capire esattamente cosa sta succedendo nell'intestino: quali molecole ricevono elettroni dai batteri e come questo processo influisce sulla sopravvivenza batterica.

ENGLISH

There may not be butterflies in your stomach, but there are certainly sparks in your gut.

Some types of bacteria that are either commonly consumed or already found in our guts can create electricity, according to a new study published Wednesday (Sept. 12) in the Journal Nature.

Electricity-generating, or "electrogenic," bacteria aren't something new — they can be found in places far away from us, like at the bottom of lakes, said senior author Daniel Portnoy, a microbiologist at the University of California, Berkeley.

But until now, scientists had no idea that bacteria found in decaying plants or in mammals, especially farm animals, could also generate electricity — and in a much simpler manner, Portnoy said.

In the lab, Portnoy and his team first grew a batch of Listeria monocytogenes, a species of bacteria, that we often eat that sometimes causes an infection called listeriosis. This type of food poisoning typically is most dangerous for those with weakened immune systems, pregnant women (it can cause miscarriages), newborns and elderly people, according to the Centers for Disease Control and Prevention.

By placing the bacteria in an electrochemical chamber and capturing the generated electrons with a wire, or electrode, the team found that these foodborne bacteria created an electrical current.

Why the shock?

There are several reasons why some bacteria generate electricity, such as to remove electrons produced by metabolism, according to a statement. But the main purpose is to create energy, Portnoy said.

But Listeria monocytogenes has "other ways of generating energy too," such as through using oxygen, said lead author Sam Light, a postdoctoral researcher at the University of California, Berkeley. This electricity-generating process is "probably a back-up system that they use under certain conditions." For example, they may deploy it in low-oxygen conditions of the gut.

The researchers screened mutated bacteria — those with missing or altered genes — to identify which genes were necessary for the bacteria to produce electricity. Those genes in turn code for certain proteins that are key to producing electricity.

They found that the system these bacteria used — a cascade of proteins that carry the electrons out of the bacteria — was much simpler than systems other electrogenic bacteria (such as those living at the bottom of a lake) use.

Most other previous systems were found in gram-negative bacteria, or those with a cell wall composed of two layers that separates the inside from the environment. These recently analyzed bacteria are gram-positive, which means their cell walls have only one layer. "That means there's one less hurdle," for the electrons to reach the outside, Light told Live Science.

But once the electrons do reach the outside, it's unclear where they go. Electrogenic bacteria elsewhere typically transfer the electrons to minerals like iron or manganese in their environment. In the research team's experiments, the electrons flowed into the electrode. In the gut, a number of different molecules, such as iron, could potentially bind to and accept electrons, Light said.

They also found that the bacteria needed flavin proteins to survive. Flavin, a variant of vitamin B2, densely populates the gut. The researchers later found that the bacteria not only needed flavin to survive, but that extra, free-floating flavin in the surrounding environment could enhance the bacteria's electrical activity.

Energy-generating bacteria

Once they knew which genes were responsible for electricity generation, the team further identified hundreds of other microbes that generate electricity using this simpler process — a number of them commonly reside in the gut, while others are important in fermenting yogurt or serving as probiotics.

In a commentary published in Nature the same day, University of Illinois microbiologists Laty Cahoon and Nancy Freitag, who were not involved in the study, wrote, "It is a shock to the system to consider that microbes might be living highly charged lives in our gut." Knowledge of this new electricity-generating pathway "might create opportunities for the design of bacteria-based energy-generating technologies," the researchers wrote.

There are already efforts to create microbial fuel cells, or batteries that use bacteria to generate electricity using organic matter, like in waste-treatment plants. Because this new process is simpler, there's a chance it can improve such technology, but it's too soon to say for sure, Light said.

He personally is more interested in understanding exactly what is going on in the gut — which molecules receive electrons from the bacteria and how this process affects bacterial survival.

Da:

https://www.livescience.com/63569-gut-bacteria-produces-electricity.html