Eine neue Methode zur erfolgreichen Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Mikroorganismen

Forscher der Universität Tsukuba haben eine innovative Methode zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit mikrobieller Gemeinschaften entwickelt. Diese Methodik ist vielversprechend für die Entwicklung von Batterien und elektrochemischen Sensoren unter Verwendung von Mikroorganismen und könnte als entscheidendes Instrument zur Aufklärung der Rolle der Elektrizität in mikrobiellen Ökosystemen dienen.

Obwohl einzelne Mikroorganismen unsichtbar sind, können Gruppen von Dutzenden oder Hunderten Millionen Mikroorganismen Biofilme bilden, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Biofilme erleichtern die funktionelle Differenzierung und interzelluläre Kommunikation zwischen Mikroorganismen und ermöglichen ihnen so die Entwicklung verschiedener Überlebensstrategien.

Kürzlich haben Forscher herausgefunden, dass einige Mikroorganismen elektroaktiv sind, das heißt, sie ermöglichen den Stromfluss durch Biofilme. Dieses Phänomen in Biofilmen wurde zur Entwicklung verschiedener Umwelt- und Energietechnologien genutzt, darunter mikrobielle Brennstoffzellen, anaerobe Verdauung und elektrochemische Sensoren.

Das Ausmaß der Auswirkungen der elektrischen Leitung auf die mikrobielle Ökologie und die Universalität der elektrischen Leitung in der mikrobiellen Welt bleiben jedoch unklar. Dies ist vor allem auf die Herausforderungen bei der Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Mikroorganismen zurückzuführen, die die Bildung von Biofilmen auf Elektroden erforderlich machen.

In einem neue Studie veröffentlicht in Umweltwissenschaft und -technologiehaben die Forscher ein neuartiges bioelektronisches System entwickelt, das die Notwendigkeit einer Biofilmbildung auf der Elektrode umgeht. Sie entwickelten einen unkomplizierten Versuchsaufbau, bei dem eine Mikrobenkolonie, eine Form von Biofilm, auf Agar gezüchtet und direkt auf eine Elektrode gedrückt wurde, um deren elektrische Leitfähigkeit zu bestimmen.

Da die meisten kultivierbaren Bakterien Kolonien bilden, kann diese Methode die Palette der Mikroorganismen, deren Leitfähigkeit gemessen werden kann, erheblich erweitern. Die Anwendung dieser Technik hat gezeigt, dass Pseudomonas aeruginosa, ein opportunistisches Bakterium, und Bacillus subtilis, der häufig in der Umwelt vorkommt, leitfähige Eigenschaften besitzen.

Darüber hinaus hat dieser Ansatz die Untersuchung der molekularen Mechanismen erleichtert, die der elektrischen Leitfähigkeit in Shewanella oneidensis MR-1, einem elektrogenen Modellmikroorganismus, zugrunde liegen.

Es wird erwartet, dass die Erkenntnisse aus dieser Forschung auf die Auswahl von Mikroorganismen zur Weiterentwicklung von Umwelt- und Energietechnologien wie mikrobiellen Brennstoffzellen, anaerober Verdauung und elektrochemischen Sensoren angewendet werden. Darüber hinaus wird erwartet, dass diese Methodik die Aufklärung der elektrischen Ökologie von Mikroorganismen beschleunigt.