Het menselijk lichaam wordt bevolkt door een groter aantal microben dan zijn eigen cellen. Deze microben overleven met behulp van metabole routes die drastisch verschillen van die van mensen.

Arpita Bose, doctoraat, van de Washington University in St. Louis, is geïnteresseerd in het begrijpen van het metabolisme van deze alomtegenwoordige micro-organismen, en die kennis gebruiken om de energiecrisis en andere toepassingen aan te pakken.

Een van de grootste onderzoeksvragen voor haar lab betreft het begrijpen van fotoferrotrofie, of met behulp van licht en elektronen uit een externe bron voor koolstoffixatie. Een groot deel van de energiebron die mensen consumeren, is afkomstig van koolstoffixatie in fototrofe organismen zoals planten. Koolstoffixatie houdt in dat energie uit licht wordt gebruikt om de productie van suikers te voeden die we vervolgens voor energie verbruiken.

Voordat Bose aan haar onderzoek begon, wetenschappers hadden ontdekt dat sommige microben interactie hebben met elektriciteit in hun omgeving, zelfs het doneren van elektronen aan het milieu. Bose veronderstelde dat het omgekeerde ook waar zou kunnen zijn en probeerde aan te tonen dat sommige organismen ook elektronen van metaaloxiden in hun omgeving kunnen accepteren. Met behulp van een bacteriestam genaamd Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1), Bose identificeerde dit proces dat extracellulaire elektronenopname (EEU) wordt genoemd.

Nadat ze hebben aangetoond dat sommige micro-organismen elektronen uit hun omgeving kunnen opnemen en een verzameling genen hebben geïdentificeerd die voor dit vermogen coderen, Bose ontdekte dat dit vermogen afhankelijk was van het feit of er ook een lichtbron aanwezig was. Zonder de aanwezigheid van licht, deze organismen verloren 70% van hun vermogen om elektronen op te nemen.

Omdat de organismen die Bose bestudeerde, kunnen vertrouwen op licht als energiebron, Bose veronderstelde dat deze afhankelijkheid van licht voor elektronenopname een functie van de elektronen bij fotosynthese zou kunnen betekenen. Met vervolgonderzoeken Het team van Bose ontdekte dat deze elektronen die de micro-organismen aannamen hun fotosysteem binnenkwamen.

Om aan te tonen dat de elektronen een rol speelden bij koolstoffixatie, Bose en haar team keken naar de activiteit van een enzym genaamd RuBisCo, die een integrale rol speelt bij het omzetten van kooldioxide in suikers die kunnen worden afgebroken voor energie. Ze ontdekten dat RuBisCo het sterkst tot expressie kwam en actief was toen EEU plaatsvond, en dat, zonder RuBisCo aanwezig, deze organismen verloren hun vermogen om elektronen op te nemen. Deze bevinding suggereert dat organismen zoals TIE-1 elektronen uit hun omgeving kunnen opnemen en deze in combinatie met lichtenergie kunnen gebruiken om moleculen voor energiebronnen te synthetiseren.

Naast het verbreden van ons begrip van de grote diversiteit in metabolisme, Bose's onderzoek heeft ingrijpende gevolgen voor duurzaamheid. Deze microben hebben het potentieel om een ​​integrale rol te spelen bij de opwekking van schone energie.