Forskning fra CEM: Laserlys kortlægger elektroners vej gennem kabelbakterier

23. maj 2018

Forskere fra Center for Elektromikrobiologi (CEM) ved Aarhus Universitet kaster med laserteknologier nyt lys over de relativt nyodagede kabelbakteriers evne til at overføre elektroner. Studiet er for nyligt publiceret i tidsskriftet PNAS.

På billedet ses én enkelt kabelbakterie på ca. 1 cm. (Foto: Jesper Tataru Bjerg)

Centerleder Lars Peter Nielsen, professor Andreas Schramm og ph.d.-studerende Jesper Tataru Bjerg fra Center for Elektromikrobiologi (CEM) ved Aarhus Universitet har sammen med forskere fra Østrig og Holland benyttet laserlys til at undersøge spændingstabet hos de besynderlige strømførende bakterier kaldet kabelbakterier.

Kabelbakterier er tråd-formede bakterier på omtrent én centimeter bestående af tusindvis af celler omgivet af en fælles ydre kappe med elektriske ledninger. Livsformen lever på bunden af havet, af søer og i vandløb og blev opdaget af centerleder Lars Peter Nielsen for omtrent otte år siden. Kabelbakterierne transporterer elektroner fra havbundens iltfrie mudder op til mudderets iltrige overflade, blot få centimeter længere oppe. Derved er kabelbakterierne i stand til at indtage føde i den ene ende, mens de trækker vejret i den anden, hvilket er helt unikt.

(For omtrent otte år siden opdagede Lars Peter Nielsens forskerhold de levende ”elkabler” på bunden af Aarhus Bugt. På videoen ses hundredvis af kabelbakterier, der dukker op på bunden af sedimentet og bevæger sig opad i et forsøg på at finde ilt. Video: Aarhus Universitet)

Ved hjælp af laser-spektrometri, herunder det såkaldte Raman spektroskopi, har forskerne i et nyt studie anvendt laserlys til at undersøge bakteriernes molekyler og aflæse deres energitilstande. Med laserlyset kan forskerne belyse bakteriernes overførsel af elektroner på millimeter store afstande, hvilket er langt større end hidtil målt i en levende organisme. Ud fra målingerne kan forskerne ligeledes beregne et spændingstab på den enkelte kabelbakterie. På den måde kan de måle, hvor langt ned i den iltfri havbund, bakterierne kan komme, uden at miste evnen til at transportere strøm:

”De skal ikke længere ned end 3 cm., før det bliver svært. De enkelte bakterier kan i princippet godt være længere, men så må de drosle ned eller bugte sig op og ned, så de skiftevis er nær det iltrige miljø og det iltfrie miljø i sedimentet,” forklarer professor Andreas Schramm til Aarhus Universitet.

Som en del af forsøget fjernede forskerholdet den ende af kabelbakterien, som afgiver ilt til overfladen, og skabte dermed en slags strømafbrydelse i den mikroskopiske livsform. Resultatet var, at bakteriens evne til at transportere elektronerne dalede kraftigt i den del af bakterien, der var tilbage.

”Målingerne viser lavest potentiale i cellerne i den ende, hvor elektroner fra fødekilden blev læsset ind og højest potentiale i den modsatte ende, hvor elektronerne blev læsset af på ilt”, siger professor Lars Peter Nielsen, der er centerleder ved CEM, og tilføjer: ”Dette er den første påvisning af elektrontransport i individuelle kabelbakterier”.

Læs mere om studiet hos Aarhus Universitet her

Den videnskabelige artikel kan findes hos PNAS her