Sprookjesbacterie eet metaal en geeft energie

De bacterie met de sprookjesachtige naam Shewanella oneidensis is een echte charmeur. Hij weet vooral biotechnologen te bekoren, die bijna elk jaar weer iets spectaculairs over de microbe ontdekken. Toen de bacterie vlak na de eeuwwisseling net bekend werd, bleek hij een mooi trucje te hebben: hij lust metaal rauw. Meteen kwamen onderzoekers op de proppen met het idee dat de bacterie afval uit kerncentrales en ander metaalrijk afval kon opruimen.

Op deze afbeelding zie je de dunne elektriciteitsdraden die de bacterie aanlegt om contact te maken met metaal. De draden zijn zogenaamde nanodraden – dat betekent dat ze niet veel groter zijn dan enkele miljoenste millimeters, wat de draden speciale eigenschappen geeft. Overigens ontdekten wetenschappers al eerder dat Shewanella oneidensis extra actief wordt wanneer je hem in de buurt legt van batterijen.

M. El-Naggar, USC en Y. Gorby, J. Craig Venter Institute

Kort erna ontdekten wetenschappers dat de microbe minuscule elektrische draadjes in zijn omgeving aanlegt, waarmee hij de omgeving aftast op ‘eetbare’ metalen. Als hij raak heeft, hoeft de bacterie niet eens naar het metaal te zwemmen – hij haalt uit het metaal meteen elektrische energie via de draden waarmee hij contact maakt – exact zoals een batterij werkt. Dus besloten biotechnologen dat de bacterie ook een levende batterij kan zijn, die elektriciteit opwekt uit rommel in de grond. En dat betekent gratis elektriciteit voor iedereen die een lap grond in bezit heeft, zoals boeren.

Allemaal leuke ideeën, maar om ze werkelijkheid te maken moet je natuurlijk wel weten hoe Shewanella oneidensis zijn trucs precies uitvoert. Nu melden de Britse biologen David Richardson en zijn collega’s van de Universiteit van East Anglia dat ze belangrijke eiwitten in de bacterie hebben gevonden. Deze eiwitten zijn nodig voor zowel het afbreken van metaal als het opwekken van milieuvriendelijke elektriciteit.

De eiwitten, die gezamenlijk MtrCAB heten, blijken elektrisch geladen deeltjes van buiten de bacterie naar binnen te vervoeren. Het gaat dan om elektronen, exact dezelfde soort deeltjes die je computer van stroom voorzien. Bij de bacterie zijn de elektronen afkomstig van de metalen die ze eten, en onderweg naar de bacterie is de kans nogal groot dat ze hun waardevolle lading verliezen. De MtrCAB-eiwitten verhinderen ladingsverlies en begeleiden de elektronen gedurende hun reis naar de bacterie, zo schrijven Richardson en zijn collega’s in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Dat het zo werkt, bewezen de onderzoekers door de MtrCAB-eiwitten kunstmatig te kweken en te kijken in hoeverre de eiwitten elektronen door een kunstmatige celwand kon vervoeren. Om dat te kunnen zien gebeuren, vulden de onderzoekers de kunstcel met een stofje dat een bepaalde kleur afgeeft wanneer het in contact met elektronen. Alleen wanneer de onderzoekers het volledige eiwit nabouwden, bleek de binnenkant van de kunstmatige cel de typische elektronenkleur af te geven.

Gaat de bacterie met de sprookjesachtige naam Shewanella oneidensis de toekomst veranderen?

Flickr.com by pnnl via CC BY-NC-SA 2.0

Zal Shewanella oneidensis onze toekomst echt veranderen, of blijven de verwachtingen bij een sprookje? Nou, het afval opruimen is natuurlijk een realistische optie. De bacterie eet per slot van rekening al metalen, en dat maakt de stap om hem industrieel hiervoor in te zetten relatief klein.

Om de microbe elektriciteit te laten opwekken en die energie te vergaren: dat is een heel andere kwestie. Daarvoor moeten biologen de bacterie herontwerpen – zulke biologen noemen we synthetisch biologen – en meer kennis over genen en eiwitten vergaren. Dat kost meestal enkele, zo niet tientallen jaren. Overigens zijn synthetisch biologen die meewerkten aan bovenstaand onderzoek al aan dit elektriciteitsproject begonnen.