科学家解决了恒久以来疑心人们的关于甲烷的神秘，即微生物能将电能和二氧化碳转化为甲烷。该发明也将有助于科学家为微生物工厂设计电极，以便于生产甲烷气体或其他化合物。
来自斯坦福大学的科学家解决了恒久以来疑心人们的关于甲烷的神秘，即微生物能将电能和二氧化碳转化为甲烷。在一份新的研究报告中，斯坦福大学的团队第一次批注晰甲烷怎样从固体外貌获得能量，该发明也将有助于科学家为微生物工厂设计电极，以便于生产甲烷气体或其他化合物。“关于怎样将电极中的电子转移到甲烷晶胞中，这里有几种假设。”JörgDeutzmann说。“我们是第一个证实该机理的团队。”该研究揭晓在《分子生物手艺》杂志上。
“我们的整体目的是创立大宗的生物反应器，在这里微生物能将大气中的二氧化碳和太阳能、风能、核能等可再生能源举行转化。”Alfred Spormann说。“现在我们已司明确了甲烷获得电能的方法，因此我们可以能通过古板电极转达更多能量，从而使微生物可以更快地事情。”该研究也会对生物侵蚀爆发影响，可以让科学家有一个全新的熟悉。“生物侵蚀是一个全球性问题，”Spormann说。“每年因此而爆发的经济损失约莫为10亿美元。”
来自于微生物的甲烷
甲烷是一种很是主要的能源，可用于加热、运输、烹饪以及爆发电能等。现在大大都甲烷来自于自然气。然而燃烧自然气会释放二氧化碳，这会加速全球变暖。相比之下，甲烷菌是一个不错的选择。这种单细胞有机体类似细菌，但属于差别种别，称为古细菌。甲烷菌以二氧化碳和电能为食，其产品为纯净的甲烷气体。研究职员正视图开发大型反应器用于生产甲烷，这些微生物可以以大气中的二氧化碳和电极提供的电能为食。整个历程将会是碳平衡历程。“当微生物爆发的甲烷被燃烧以后，二氧化碳会进入大气，从而进入下一个循环。”Spormann说。“自然气燃烧的是埋藏在地底下上百万年的碳。”
电子摄入
为了在工业规模上生产甲烷，电能应该是最需要注重的，Deutzmann说。“现在最主要的瓶颈是怎样通过电极获得更多的电能。为了实现这一点，首先你必需知道甲烷菌怎样摄入电子，然后你就可以提高电子转移速率，从而增添甲烷产量。”甲烷需要来自于氢气或者其他分子的电子，这些电子是有机质料或细菌发酵历程中爆发的。“这些小分子是微生物的食物，他们可以消耗电能和二氧化碳来获得甲烷。”Deutzmann说。在实验室中，甲烷菌并不必担心食物泉源，电能通过电极源源一直地运送，而电能怎样被这些微生物摄取则是科学界争论的焦点。“主要的假设是，许多微生物，包括甲烷菌，直接从电极获得电子。可是在之前的研究中，我们发明微生物酶和其它分子也会爆发相同的效果。从工程师的角度看，若是你要设计一个电极来顺应大大都微生物细胞与酶，这简直禁止易。”
用酶做实验
在该实验中，斯坦福大学的团队接纳了一种叫做ethanococcusmaripaludis的甲烷菌。通过石墨电极供电可提供稳固的电力，而微生物同样以二氧化碳为食。不出所料，烧瓶中爆发了甲烷气体，批注甲烷菌可以消耗电能和二氧化碳。可是研究职员同时也检测了氢气，氢的电子会转移到甲烷分子上吗?为了弄清晰这一点，该团队通过使用M. maripaludis霉来重复了这个实验。这些甲烷菌有六种基因被删除了，使得它们不可爆发氢化酶。虽然它们和正常的甲烷菌在同样的情形中生长，可是甲烷产量显着下降了。“当没有氢化酶的时间，甲烷产量大大下降，这说明爆发甲烷的历程涉及到大宗的与氢气有关的电子转移历程。”进一步的测试批注，没有甲烷菌的情形下，氢化酶和其他酶会直接从电极获得电子。这批注微生物自己并不会加入转移历程。“这些酶能附着在电极外貌，爆发细小分子，例如氢气等，这些氢气可以被微生物使用。”Deutzmann说。通俗的甲烷菌会爆发大宗的酶，通过搅拌等方法可以将这些生物酶释放到情形中，Deutzmann说。
生物侵蚀
“现在我们已经知道了确定的酶会摄入电子，我们可以控制它们，使得它们可以更有用率;同时我们也可以寻找其他的酶，以便更快速地完成这样的历程。”他说。“另一个利益是，我们不必设计多孔电极来知足甲烷菌了。”斯坦福团队进一步发明，甲烷菌酶在生物侵蚀历程中饰演着相似的角色。铁会直接将电子转达给氢化酶，酶则会使用这些电子来制备氢分子，而这些氢分子又会被甲烷菌消耗掉。较少情形中的氢化酶可以降低侵蚀的速率。“一最先我们也被这样的效果震惊了，由于一旦酶泛起在细胞外面则退化非�？�，可是我们的研究批注自由酶附着在电极外貌一个月甚至两个月仍然具有活性。相识清晰它们保存的缘故原由可以对镌汰侵蚀有很强的指导意义，同时可以提高微生物甲烷及其他化学产品的产量。”