Odkritje, ki odpira številne možnosti
Zdi se nemogoče predstavljati si živih bitij, ki za dihanje ne potrebujejo kisika. Ta element uporabljamo za presnovo hrane in proizvodnjo energije, saj deluje kot končni sprejemnik elektronov v verižni reakciji, ki vodi do sproščanja te energije. Kot navaja National Geographic, je ta metoda v naravi tako razširjena, da so zgodnji znanstveniki menili, da obstoj kakršne koli druge oblike dihanja ni mogoč. A motili so se.
Pri raziskovanju ekstremnih krajev z majhno količino ali popolno odsotnostjo kisika, kot so globoke hidrotermalne vire, temne jame in celo človeški črevesje, so odkrili druge metode dihanja. To je bilo prikazano v raziskavi, ki jo je opravila skupina raziskovalcev pod vodstvom biologinje Caroline Adjo-Franklin z Univerze Rice. Ugotovili so, da nekatere bakterije lahko uporabljajo skupino organskih spojin z osnovno strukturo naftalina, imenovane naftochinoni, ki opravljajo enako funkcijo kot kisik.
To poteka s prenosom elektronov na zunanjo površino celic v procesu, znanem kot ekstracelularno dihanje, pri čemer se sprošča električni tok in bakterije lahko proizvajajo energijo in rastejo brez potrebe po kisiku. Ta vrsta „električnega dihanja“ je bila opazovana pri nekaterih mikroorganizmih, zdaj pa je bila odkrita tudi pri Escherichia coli. Raziskovalci trdijo, da „odkritje popolnoma spreminja predstavo o tem, kako lahko bakterijski metabolizem deluje v odsotnosti kisika“.
Edinstveni procesi bakterij
V zgoraj navedeni raziskavi navajajo, da „ta način pridobivanja energije temelji na molekuli imenovani HNQ (2-hidroksi-1,4-naftokinon), ki deluje kot majhen električni posrednik znotraj celice“. Nekatere vrste Escherichia coli uporabljajo to molekulo kot posrednika, ko se znebijo presežnih elektronov, ki jih izločajo skozi električni tok v procesu, imenovanem ekstracelularni prenos elektronov (EET). Biki Bapi Kundu, doktorand in avtor raziskave, je pojasnil, da je „ta novo odkriti dihalni mehanizem preprost in razumen način delovanja“, kot poroča National Geographic.
„Naftokinoni delujejo kot molekularni prenašalci, ki prenašajo elektron iz celic, da lahko bakterije prebavijo hrano in proizvajajo energijo,“ je pojasnil avtor. Raziskovalci z Univerze Rice so sodelovali z laboratorijem Palsona na Kalifornijski univerzi v San Diegu, da bi preverili rezultate, in ustvarili specializirane računalniške simulacije za opazovanje rasti bakterij v brez kisikovem okolju ter dodali veliko prevodno površino. S tem so potrdili, da lahko bakterije resnično preživijo ta proces.
Bakterijska biologija in prihodnost
Ajo-Franklin je dejal, da to delo „postavlja temelje za uporabo ogljikovega dioksida s pomočjo obnovljive električne energije, v kateri bakterije delujejo kot rastline, ki za fotosintezo potrebujejo sončno svetlobo“. To odpira vrata pametnejšim, bolj trajnostnim tehnologijam, ki temeljijo na biologiji. Raziskovalci trdijo, da lahko to poleg dosežkov na področju preživetja v okoljih z nizko vsebnostjo kisika vodi do prihodnje uporabe v biotehnoloških procesih, kot so čiščenje odpadnih voda in bioproizvodnja, pa tudi v medicinski diagnostiki, nadzoru onesnaževanja in raziskovanju daljnega vesolja.
