Elettricità: anche i batteri del nostro intestino sono in grado di produrla!

Se vi dicessero che l’elettricità non è prodotta solo da batteri più rari presenti nelle miniere e nelle profondità dei laghi, ma anche da specie batteriche presenti nel nostro intestino? Ebbene sì! Queste le evidenze emerse da una recente ricerca del team dell’Università della California, coordinato dal professor Daniel Portnoy, e pubblicata sulla rivista scientifica Nature, che nel futuro potrebbe fare da “apripista” per la creazione di nuove tecnologie.

Lo studio

Il primo batterio produttore di energia elettrica individuato nell’intestino umano è la Listeria monocytogenes (figura 1). Si tratta di un microrganismo Gram-positivo, asporigeno, aerobio-anaerobio facoltativo, mobile a 28 °C per la presenza di flagelli peritrichi (da 1 a 5), catalasi positivo, ma ossidasi negativo. La specie cresce in un range di temperatura molto ampio (tra i + 3 °C e i 45 °C), con un optimum tra i 30 °C e i 38 °C, e presenta buona resistenza a varie condizioni di pH (tra 4,4 e 9,6), elementi che la rendono un potenziale contaminante di alimenti.

Figura 1: Listeria monocytogenes con i flagelli osservato al microscopio elettronico a scansione (SEM). (Fonte: creative-diagnostics.com)

A seguire gli studiosi hanno identificato molti altri batteri intestinali produttori di elettricità. Fra questi si annoverano specie responsabili di malattie e intossicazioni alimentari, come Clostridium perfringens, bacillo Gram-positivo, a forma di bastoncello, anaerobio, solfito-riduttore e sporigeno. Pressoché ubiquitario in natura, è reperibile nei vegetali in stato di decomposizione, nell’intestino di mammiferi e vertebrati e nella maggioranza dei suoli. Si stima che nelle feci umane C. perfringens sia presente in concentrazioni comprese tra 102 e 107 UFC (Unità Formanti Colonia) /g.

Tutti i microrganismi in questione utilizzano un meccanismo diverso rispetto da quello osservato in batteri con analoghe capacità finora scoperti in altri ambienti. La produzione di energia, di fatto, è dovuta a un effetto secondario del loro metabolismo cellulare: il processo produce elettroni liberi che vengono trasferiti ai minerali, tipicamente metallici come ferro o manganese, presenti all’esterno della cellula. Il meccanismo innesca una cascata di reazioni chimiche che generano una corrente elettrica fino a 500 microampere (μA) (figura 2).

Figura 2: Pathways di trasferimento di elettroni batterici. (a) Gram-negativi (b) Gram-positivi. (Fonte: nature.com)

Laty Cahoon e Nancy Freitag – microbiologhe dell’università dell’Illinois a Chicago – affermano: “È uno shock sapere che abbiamo dei generatori elettrici nel nostro intestino, ma la ricerca può gettare le basi per la progettazione di sistemi per produrre energia basati sui batteri”.

Quali le possibili applicazioni future?

Il progetto apre la strada alla creazione di batterie biologiche così come a metodi alternativi per la produzione di elettricità a partire dai rifiuti nelle discariche. Lo sviluppo di centrali elettriche biologiche ridurrebbe di molto l’inquinamento, anche se al momento il prospetto risulta molto oneroso.
Quanto alla realizzazione di batterie biologiche di nuova generazione, invece, questa permetterebbe la riduzione, se non risoluzione, dei problemi di tossicità e impatto ambientale connessi alla produzione e allo smaltimento delle comuni pile. Si stima, infatti, che l’Unione Europea (UE) produca circa 160.000 tonnellate di batterie esaurite all’anno, che, oltre a costituire una significativa fonte di rifiuti, contribuiscono al consumo di importanti quantità di risorse e metalli.

Per raggiungere questi ambiziosi obiettivi e al fine di ottenere il massimo rendimento saranno necessari studi approfonditi sui meccanismi chimico-biologici coinvolti nella produzione di energia elettrica. Lo scopo? Sfruttare e ottimizzare le reazioni chimiche che i batteri hanno sviluppato naturalmente.

 

 

Angela Chimienti

                                                                                                                                                          

 

 

 Bibliografia:

  • Laty A. Cahoon, Nancy E. Freitag, The electrifying energy of gut microbes, Nature News & Views, 12 Settembre 2018 (https://doi.org/10.1038/d41586-018-06180-z)

Sitografia:

  • http://www.fondazionetelios.it/documents/riciclobatterie.pdf
  • “Giornale online Meteoweb” http://www.meteoweb.eu/2018/09/non-solo-in-miniera-anche-i-batteri-dellintestino-producono-elettricita/1148977/

Crediti immagini:

  • https://www.creative-diagnostics.com/tag-listeria-monocytogenes-antigens-48.htm
  • https://doi.org/10.1038/d41586-018-06180-z
  • http://lazattera.altervista.org/elettricita-one-piece/

 

Per ulteriori curiosità sul tema “batteri ed energia” si rimanda al seguente link: https://www.microbiologiaitalia.it/2018/07/18/grazie-a-batteri-geneticamente-modificati-in-arrivo-celle-solari-biogeniche-piu-efficienti/

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