Che cosa succederebbe se invece di inspirare ossigeno ed espirare anidride carbonica, gli esseri umani respirassero fulmini? Sembra un superpotere, ma ci sono microbi che sono in grado di fare proprio questo.
La respirazione dagli esseri umani (e di altri organismi multicellulari) avviene su due livelli. Innanzitutto, l’inalazione fisica di ossigeno, che viene trasportato alle singole cellule dove partecipa poi nella fase finale della respirazione cellulare. Dopo, gli zuccheri sono degradati per creare energia, i singoli elettroni che risultano sono trasferiti a molecole di ossigeno e idrogeno per generare acqua.
L’utilizzo di ossigeno come accettore finale di elettroni nella respirazione è l’opzione più energeticamente efficiente, ma cellule che vivono e crescono in anaerobiosi (come molti batteri) sono costrette a trovare altre opzioni. La maggior parte dei batteri anaerobi utilizzano molecole solubili come il solfato o il nitrato che può essere facilmente importato e poi esportato dopo il trasferimento di elettroni. Altre specie batteriche, tuttavia, fanno un po’ più “creativi” con la respirazione.
Shewanella oneidensis
è una specie batterica conosciuta come batteri dissimulatori metallo-riduttori – dissimilatory metal-reducing bacteria (DMRB) – dal momento che utilizza minerali contenenti metalli, scarsamente solubili, come accettori di elettroni. I minerali utilizzati da DMRB comunemente includono i metalli come il ferro, il manganese, il cobalto o l’uranio. Ma, essendo difficile importare tali composti insolubili, S. oneidensis deve in qualche modo trasferire elettroni al di fuori della cellula, in questo modo “respira” energia elettrica.
Uno studio di ricerca del 2006 ha osservato che quando S. oneidensis è stato coltivato in condizioni anaerobiche, i batteri hanno prodotto strutture simili a peli sulla superficie cellulare in grado di condurre elettricità. I nanofili hanno perso la capacità di condurre elettroni in assenza di due citocromi. Questi citocromi agiscono come estensioni della catena di trasporto degli elettroni.
Ma i batteri DMRB non sono gli unici tipi di batteri in grado di condurre elettricità lungo proiezioni della membrana esterna. Infatti, lo stesso gruppo di ricerca ha rilevato che un cianobatterio, un ceppo di Synechocystis, e un fermentatore termofilo, Pelotomaculum thermopropionicum, che producono strutture simili ai nanofili.
L’atto di inalare o espirare elettroni ha gravi conseguenze, e applicazioni, per il mondo umano. Accoppiando i batteri giusti (o gli enzimi batterici) con le giuste condizioni, è possibile creare batterie più sicure, più economiche, e rinnovabili.
Salvatore Gemmellaro
