科学家教细菌吃电

明尼苏达大学圣保罗分校的研究人员成功诱导一种细菌，让它们用少量电流来替代通常的食物——部分氧化的铁——这一技巧最终可能使微生物成为有用的生物燃料生产者。

这项研究涉及的细菌是Mariprofundus ferrooxydans ，这种细菌生活在海底热液喷口周围。与其他铁氧化细菌一样， M. ferrooxydans依靠一种可溶性铁（称为亚铁或 FeII）作为呼吸所需的电子来源。当氧气充足时，亚铁很容易将其多余的电子交给氧气，变成更稳定的 FeIII 或三价铁——也就是我们所知的铁锈氧化铁。但在低氧环境中， M. ferrooxydans可以代替氧气完成工作，从而从多余的电子中获得能量。

由于之前的研究表明，窃取电子的微生物利用细胞外部的蛋白质进行盗窃，因此明尼苏达州的科学家决定尝试将电子直接传送到细胞表面。

在实验中，研究人员将一些M. ferrooxydans沉积在电极表面，电极经过调节，释放的电子能量与 FeII 提供的电子能量相同。为了让这些微生物适应新的栖息地，科学家还在混合物中添加了一些细菌的天然食物——FeII。

让微生物在电极表面繁殖四周后，他们刮掉一些细菌，并在没有 FeII 的电极上开始新的菌落。令人惊讶的是，即使将一些细菌移植到第三个电极上，它们仍然继续茁壮成长。研究指出，这个菌落仍然得到一些营养，但数量太少，不足以支持细菌的明显生长。

研究结果表明，像M. ferrooxydans这样的细菌能够利用电极上的电流捕获二氧化碳并进行复制。从耗能的人类的角度来看，这一发现之所以有趣，是因为通过吸收二氧化碳并利用它来创建新细胞，细菌实际上是在利用电流将碳储存为人类可以用作燃料的形式。

最终，研究人员希望扩大这种方法的规模，利用太阳能电池或其他非化石能源产生的电力，从微生物中生产出一种新型生物燃料。这一壮举将对各种用途大有裨益——首先，它可以提供一种方法来储存风能和太阳能发电场产生的多余能源。

当然，研究人员们并没有忽视“扩大”几乎任何生物燃料方法的挑战。正如一位参与这项研究的科学家告诉美国微生物学会（该学会在其期刊 Mbio 上发表了研究结果）的那样，“如果要实现这一目标需要 100 个步骤，那么这只是第一步。”