發現上百種產生電流的細菌

雖然在礦井和湖泊底部等外部環境中發現了產電細菌（electricity-generating bacteria），但是科學家們卻錯過了一個離家更近的來源：人類腸道。

在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校的研究人員發現作為一種常見的引起腹瀉的細菌，單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）以一種與已知的產電細菌完全不同的方式產生電流，而且上百種其他的細菌物種也利用這種相同的過程產生電流。相關研究結果于2018年9月12日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria”。論文通信作者為加州大學伯克利分校的Dan Portnoy教授。

這些產電的細菌中的大多數是人體腸道微生物組的一部分，而且類似于導致食源性疾病李斯特菌病和也能夠導致流產的李斯特菌的是，很多細菌也是致病性的。導致壞疽的細菌，即產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens），醫院獲得性感染（糞腸球菌）和一些致病性的鏈球菌也產生電流。其他的產電細菌，如乳酸桿菌，在發酵酸奶中起著重要的作用，而且它們中的多數是益生菌。

細菌產生電流與我們呼吸氧氣的原因相同：去除代謝過程中產生的電子和促進能量產生。盡管動物和植物將它們的電子轉移給每個細胞的線粒體內的氧氣，但是在沒有氧氣的環境--包括我們的腸道，還有酒精發酵桶、奶酪發酵桶和酸性礦井---中，細菌必須找到另一種電子受體。在地質環境中，這種電子受體通常是細胞外的礦物質，如鐵或錳。從某種意義來說，這些細菌“呼吸”鐵或錳。

將來自細胞的電子轉移到礦物質需要一系列特殊的化學反應，即所謂的細胞外電子傳遞鏈（extracellular electron transfer chain），在這種傳遞鏈中，它將這些電子作為微小的電流進行傳遞。一些科學家利用這種傳遞鏈制造電池：將電極植入到含有這些細菌的燒瓶中，這樣就能夠發電了。

這種新發現的細胞外電子傳遞系統實際上比已知的傳遞鏈更簡單，而且似乎僅在必要時（可能是在較低的氧氣水平時）才被細菌使用。到目前為止，這種更簡單的電子傳遞鏈已在具有單細胞壁的細菌（被歸類為革蘭氏陽性菌）中發現到，這些細菌生活在具有大量黃素（維生素B2的衍生物）的環境中。

論文**作者、加州大學伯克利分校博士后研究員Sam Light說，“這些細菌的細胞結構和它們所占據的富含維生素的生態小生境使得它們更容易和更具成本效益地將電子從細胞中轉移出來。”

為了了解這種細胞外電子傳遞系統的穩健性，Light與美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Caroline Ajo-Franklin合作開展研究。

Light利用電極測量從這些細菌中流出的電流---高達500微安，從而證實它們確實是產電的。實際上，它們產生的電量與已知的產電細菌一樣多，即每個細胞每秒產生大約100000個電子。

Light和Portnoy針對這些細菌如何以及為何產生這種如此獨特的細胞外電子傳遞系統提出了更多的問題。簡單性（相比于通過兩個細胞壁，通過一個細胞壁傳遞電子更容易）和機會（利用無處不在的黃素分子去除電子）似乎已讓這些細菌能夠找到一種在富含氧氣的環境中和在缺氧的環境中存活下來的方法。