人間による化石燃料の燃焼は、大気中の二酸化炭素濃度の上昇に寄与し、気候変動を促進します。米国エネルギー情報局によると、2017 年に運輸部門は約 19 億トンの二酸化炭素を放出し、国内最大の大気排出源として発電に取って代わりました。
この変化は主に、改善された太陽光発電パネル、風力タービン、およびその他のカーボンニュートラルな再生可能発電手段の台頭に一部起因する石炭火力発電所の閉鎖によるものでした。そのコストは近年大幅に低下しています。残念なことに、リチウム電池を使用した再生可能電力の貯蔵は、依然として高価なままですが、古い蓄電池技術には、重金属の鉛やカドミウムなどの環境毒素が含まれることがよくあります。今日、電気自動車は比較的少なく、ほとんどがディーゼルやガソリンなどの炭素ベースの有機化学燃料に依存し続けています。
微生物の電気合成は急速に発展している技術であり、将来的には、有機分子の化学結合内に再生可能エネルギーを貯蔵するための代替戦略を提供する可能性があります。微生物の電気合成では、総称して電気栄養生物と呼ばれる微生物の異常なグループが使用され、生物電気化学システム (BES) と呼ばれる特殊な成長チャンバー内で電気エネルギーを使用して培養できます。これらの BES 内で、電気栄養微生物は、無機二酸化炭素を、電極から伝達された電子を使用して還元有機化学物質に変換し、それ以外の場合は非自発的な生化学反応を駆動します。微生物の電気合成研究に関する以前の研究は、主にグラム陽性ファーミキューテス菌、または研究や遺伝子操作にあまり適していない可能性のある混合培養の使用に焦点を当てていました。現在米国で販売されているほとんどのガソリンや大豆ベースのバイオディーゼルに含まれるトウモロコシベースのエタノールとは異なり、微生物によって生成された化学物質は、国内の食料供給と競合する必要はありません.
科学雑誌 Bioelectrochemistry の 10 月号で報告された新しい研究で 、研究者は、完全に配列決定されたグラム陰性の海洋細菌 Desulfobacterium autotrophicum の純粋な培養物が HRM2 は、二酸化炭素の有機化合物への電気化学的変換を触媒します。この研究では、電気化学的手法を使用して、細菌が長期の潜伏期間にわたって陰極電子源から電子を取り込むことができることを最初に実証しました。ガスクロマトグラフィー (GC) や高圧液体クロマトグラフィー (HPLC) などの化学分析法を使用して、有機酢酸分子の蓄積に伴う二酸化炭素の取り込みを実証しました。この電流の取り込みの増加と相まって、気相二酸化炭素の除去が、BES 成長チャンバーのガス状ヘッドスペースで記録されました。
デブ。独立栄養 は、代謝的によく特徴付けられ、そのゲノムが完全に配列決定されている海洋の硫酸塩還元細菌です。この微生物は、特定の Ni-Fe 一酸化炭素脱水素酵素 (CODH) 酵素を中心とする双方向の Wood-Ljungdahl 経路を使用することにより、硫酸塩の存在下で二酸化炭素と水素で増殖することができます。筆頭著者の Zehra Zaybak によると、生物電気化学システムでは Db.オートトロフィカム CO
追加の電気化学的分析により、電子伝達促進酵素が Db の細胞表面に関与していることを示唆する可逆的なレドックス対が明らかになりました。オートトロフィカム HRM2.これらの発見に基づいて、この硫酸塩還元細菌は、電極からの微生物の電子取り込みの生理学的および生化学的メカニズムを解読するのに役立つモデル生物として機能する可能性があります.
これらの調査結果は、Bioelectrochemistry 誌に最近掲載された、Desulfobacterium autotrophicum HRM2 による電気栄養活性および電気合成アセテート生成というタイトルの記事に記載されています。 この作業は、ペンシルバニア州立大学とペンシルバニアのウエスト チェスター大学の Zehra Zaybak と John M. Pisciotta、およびペンシルバニア州立大学の Bruce E. Logan によって実施されました。
