Nuôi cấy vi khuẩn E. coli để tạo ra điện từ nước thải
Sinh vật này chuyển đổi chất thải hữu cơ thành điện năng tốt hơn cả một số vi khuẩn sản xuất điện nổi tiếng và kỳ lạ.
Các nhà khoa học tại Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) ở Thụy Sĩ đã chế tạo thành công E.coli với mục đích tạo ra điện từ nước thải, một thông cáo báo chí cho biết. Vi khuẩn được biến đổi gen thậm chí còn hoạt động tốt hơn các sinh vật được biết là có khả năng tạo ra điện khi tiếp xúc với nước thải.
Escherichia coli, thường được gọi là E.coli , là một loại vi khuẩn hình que thường được tìm thấy ở ruột dưới của sinh vật. Tuy nhiên, nó đã trở thành mục tiêu yêu thích của các nhà nghiên cứu vi sinh vật trên toàn thế giới vì cấu trúc di truyền của nó có thể dễ dàng bị thao túng. Do đó, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong các dự án nghiên cứu và công nghiệp.
Sinh vật này hiện có thể đang trên đường giải quyết các vấn đề quản lý nước thải sau khi các nhà nghiên cứu của EPFL trang bị cho nó bộ máy di truyền để tạo ra điện. Quản lý nước thải là một quá trình thường đòi hỏi tiêu tốn năng lượng để xử lý chất thải hữu cơ. Tuy nhiên, với sinh vật công nghệ sinh học, các nhà nghiên cứu có thể đạt được hai mục tiêu trong một: xử lý chất thải hữu cơ và tạo ra điện.
E.coli có thể sản xuất điện như thế nào
Nhiều sinh vật vi sinh vật đang xuất hiện trong thế giới tự nhiên có thể tự tạo ra điện. Tuy nhiên, E. coli không phải là một trong số đó. Các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng Shewanella oneidensis MR-1, một sinh vật nổi tiếng với khả năng tạo ra điện và chuyển các thành phần mà nó sử dụng vào vi khuẩn E. coli trong phòng thí nghiệm.
Loài Shewanella có thể sản xuất điện bằng cách sử dụng chuyển điện tử ngoại bào hoặc EET. Đây là một quá trình kỵ khí - xảy ra trong điều kiện không có oxy, nơi vi khuẩn chuyển các electron từ bên trong tế bào sang các hợp chất trong môi trường.
Ngoài bộ máy di truyền cần thiết để thực hiện việc này, sinh vật còn cần một số chất xúc tác hoặc hóa chất cụ thể trong môi trường để EET bắt đầu. Điều thú vị là nhóm EPFL, dẫn đầu bởi Ardemis Boghossian, giáo sư tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hóa học tại EPFL, đã cố gắng khiến E. coli hoạt động mà không cần có các phân tử này.
E.coli đánh bại các vi khuẩn ngoại lai
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, không giống như các vi khuẩn sản xuất điện ngoại lai, E.coli được thiết kế của nó có thể thực hiện EET với nhiều loại chất nền hữu cơ. Phần khó khăn của quy trình kỹ thuật là đảm bảo rằng con đường được nhập khẩu về mặt di truyền trải dài qua màng bên trong và bên ngoài của tế bào để đảm bảo rằng các electron được đưa vào môi trường.
Sau khi đạt được mục tiêu đó, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng phương pháp của họ đã thay thế những nỗ lực trước đây nhằm tạo ra EET ở E.coli và sản xuất ra lượng điện nhiều gấp ba lần so với trước đây. Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm các sinh vật trong nước thải từ một nhà máy bia địa phương, họ phát hiện ra rằng trong khi các vi khuẩn sản xuất điện ngoại lai gặp khó khăn thì E.coli được thiết kế lại phát triển mạnh mẽ trong chất thải.
Ứng dụng của sinh vật này không chỉ giới hạn ở việc sản xuất điện từ nước thải. Nó có thể được triển khai thêm trong các ứng dụng pin nhiên liệu vi sinh vật , điện tổng hợp và cảm biến sinh học.
Mohammed Mouhib, tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Joule , cho biết: “Công việc của chúng tôi khá kịp thời, vì các vi khuẩn điện sinh học được thiết kế đang vượt qua các ranh giới trong ngày càng nhiều ứng dụng trong thế giới thực” .
Ông nói thêm: “Với tất cả những nỗ lực nghiên cứu hiện tại trong lĩnh vực này, chúng tôi rất vui mừng về tương lai của vi khuẩn điện sinh học và rất nóng lòng chờ đợi chúng tôi và những người khác đưa công nghệ này lên những quy mô mới”.
Theo Interestingengineering