Na první pohled vypadají jako obyčejné jednobuněčné organismy. Některé bakterie však mají schopnost, která působí téměř jako ze science fiction. Umějí totiž přenášet elektrony ze svého nitra ven, a to na minerály, kovové sloučeniny nebo dokonce na elektrodu. Nejde přitom o žádný trik ani o výrobu elektřiny v běžném smyslu.

Bakterie tím získávají energii pro svůj život. Vědci dnes tento pozoruhodný proces označují jako extracelulární přenos elektronů a zjišťují, jak zásadní roli hraje v přírodě i v technologiích. Pro člověka je dýchání spojené především s kyslíkem.

Některé mikroorganismy však žijí v prostředí, kde kyslík prakticky není, například hluboko v sedimentech, půdě nebo podzemní vodě. Přesto potřebují někam odvést elektrony vznikající při rozkladu potravy.

Tehdy přichází jejich neobvyklá schopnost. Bakterie rodu Geobacter dokážou předávat elektrony na nerozpustné minerály, například oxidy železa. Místo aby elektrony skončily na látce rozpuštěné ve vodě, putují přes buněčný obal až k pevnému minerálu.

Mikrobiolog Derek R. Lovley, který patří k průkopníkům výzkumu těchto organismů, upozorňuje, že mikroorganismy schopné vytvářet elektrické spojení s minerály nebo elektrodami mohou mít význam pro energetiku i čištění životního prostředí.

Existuje více způsobů

Ještě působivější je způsob, jakým některé bakterie elektrony transportují. Geobacter vytváří na svém povrchu vláknité struktury označované jako e-pili, které mohou fungovat jako elektricky vodivé „nanodráty“.

Elektrony se tak mohou dostávat mimo buňku k vhodnému akceptoru. Jiná známá bakterie, Shewanella oneidensis, používá odlišný mechanismus. Pomáhají jí například flaviny, malé molekuly, které fungují jako přenašeče elektronů mezi buňkou a okolním materiálem.

Výzkum ukazuje, že právě tyto molekulární „kyvadlové“ přenašeče mohou u Shewanelly zajišťovat velkou část přenosu elektronů k nerozpustným látkám. Vědci proto zdůrazňují, že neexistuje jediný univerzální způsob, kterým „elektrické bakterie“ fungují.

Z bakterií mohou být malé elektrárny

Co se děje, když takovou bakterii připojíme k elektrodě? Překvapivě může začít vznikat měřitelný elektrický proud.

Už v roce 2003 Daniel R. Bond a Derek R. Lovley ukázali, že Geobacter sulfurreducens dokáže využívat grafitovou elektrodu jako konečný cíl přijetí elektronů a že produkce elektrického proudu souvisí s oxidací organické látky.

Neznamená to ovšem, že bychom mohli bakteriemi jednoduše nahradit elektrárny. Jejich proud je malý. Jejich schopnost má ale pozoruhodný potenciál:

mikrobiální palivové články mohou získávat elektřinu z organického odpadu a současně pomáhat s čištěním odpadních vod nebo kontaminovaného prostředí.

Lovley dokonce označuje tento přenos elektronů za proces, který mohl patřit mezi velmi rané formy mikrobiálního dýchání.

Nepotřebují prostředníka

Největší překvapení přitom možná nespočívá v samotné výrobě proudu. Tyto bakterie ukazují, že život nemusí být uzavřený uvnitř buněčné membrány tak, jak si ho často představujeme.

Mikroorganismus může elektricky „komunikovat“ s minerálem, elektrodou nebo dokonce s jinou buňkou.

U některých společenstev mikroorganismů se skutečně zkoumá přímý mezidruhový přenos elektronů, při němž si bakterie předávají elektrony bez klasických chemických prostředníků.

„Elektrické“ mikroorganismy tak nejsou kuriozitou z laboratoře, ale součástí přirozených koloběhů uhlíku, železa a dalších prvků. Proto o ně mají zájem nejen mikrobiologové, ale také odborníci na biotechnologie, ekologii a nové způsoby získávání energie.