Mikrobiell elektrosyntes - en grundläggande undersökning av nya cellandningsvägar

Mikrobiell elektrosyntes innebär att mikroorganismer använder elektrisk ström för att producera värdefulla kemikalier. Målet med det här forskningsprojektet är att undersöka mikroorganismer som kan använda elektrisk ström för att reducera koldioxid till användbara kemikalier som t.ex. acetat, etanol och metan. Elektrisk ström är ett flöde av elektroner. Flöden av elektroner är också väldigt viktiga för att mikroorganismer, liksom cellerna i våra kroppar, ska kunna utvinna energi och överleva. Vanligtvis utvinner levande celler energi genom att oxidera ett ämne med låg potential och reducera ett annat ämne med högre potential. Oxidering innebär att elektroner ges ut medan reducering innebär att elektroner tas upp, därför kallas det ämne som oxideras för elektrongivare och det ämne som reduceras för elektrontagare. Ett exempel på elektrongivare och elektrontagare är glukos och syre. Genom att oxidera glukos och reducera syre kan mikroorganismer producera energi för att underhålla diverse processer i cellen och för att växa i antal. Mikroorganismer är dock väldigt flexibla och kan använda väldigt många olika ämnen som elektrongivare och elektrontagare. Nyligen upptäcktes det att även solida elektroder kan användas som elektrongivare eller elektrontagare av vissa mikroorganismer. Hittills har forskare mest fokuserat på mikroorganismer som oxiderar organiska ämnen och använder en elektrod (vilken kallas anod) som elektrontagare. Denna funktion har visat sig vara spridd hos ganska många olika grupper av mikroorganismer. Det finns ett stort intresse för att utveckla bränsleceller med levande mikroorganismer som katalysatorer på anoden. Dessa bränsleceller skulle kunna använda organiska ämnen i t.ex. avloppsvatten för att producera elektrisk energi. För närvarande vet vi väldigt lite om mikroorganismer som använder en elektrod (vilken kallas katod) som elektrongivare. Det har visats att vissa acetat-producerande mikroorganismer kan använda en katod för att reducera koldioxid till acetat. Vi vet dock inte hur spridd den här funktionen är i naturen, vilka mekanismer som används för att utnyttja katoden som elektrongivare och vilka andra produkter som skulle kunna produceras. I vårt forskningsprojekt kommer vi att undersöka den här funktionen som kallas mikrobiell elektrosyntes. Vi kommer att anrika mikrobiella samhällen med en katod som elektrongivare och koldioxid som elektrontagare. Vi kommer att använda elektrokemiska metoder för att undersöka hur dessa mikrobiella samhällen tar upp elektroner från katoden. Vi kommer att använda molekylärbiologiska metoder för att undersöka vilka mikroorganismer som finns representerade i dessa elektrokemiskt aktiva mikrobiella samhällen. En viktig del av vårt projekt är också att undersöka hur olika faktorer, som t.ex. katodpotential och koncentrationer av olika näringsämnen, påverkar de produkter som produceras av mikroorganismerna. Dvs., vad är slutprodukten när koldioxid reduceras? Vi kommer också att isolera elektrokemiskt aktiva mikroorganismer i renkultur för att i detalj studera de mekanismer med vilka de reducerar koldioxid med en katod som elektrongivare. Resultaten från vårt forskningsprojekt kommer att ge oss en ökad förståelse för de mikroorganismer och mikrobiella samhällen som är kapabla att reducera koldioxid med en katod som elektrongivare. Detta kan leda till utveckling av nya bioteknologiska processer för produktion av energibärare eller kemikalier från elektrisk ström och koldioxid. Man skulle t.ex. kunna tänka sig att koppla mikrobiell elektrosyntes till solceller och på så sätt konstruera en artificiell fotosyntes för produktion av specifika kemikalier.

Startdatum 2013-01-01
Slutdatum Projektet är avslutat: 2016-12-31

Publicerad: må 10 feb 2020.