Metan tüketen mikroplar elektrotta büyürken iletken nano teller üretiyor

Hollanda'daki Radboud Üniversitesi'nden mikrobiyolog Cornelia Welte ve ekibi, metanla beslenen bazı mikroorganizmaların elektriği nasıl ilettiğini gösterdi. Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmaya göre bu mikroplar, kendi ürettikleri nano teller aracılığıyla elektronları bir elektrota taşıyor. Ekip ayrıca bu canlıları laboratuvarda neredeyse saf biçimde yetiştirmeyi başardı.

Metanı elektriğe çeviren arkeler

Söz konusu canlılar, oksijensiz ortamda metan tüketen arkeler olarak biliniyor ve kısaca ANME adıyla anılıyor. Welte'nin dört yıl önce yaptığı bir araştırma, bu mikropların metanı elektriğe dönüştürebildiğini ortaya koymuştu. O zaman akla gelen soru, elektriğin hücrelerden dışarıya nasıl iletildiğiydi.

Yeni çalışma bu sorunun yanıtını veriyor. Başka mikroorganizma türlerinin nano tel geliştirdiği zaten biliniyordu, ancak ANME'nin de aynısını yapıp yapmadığı belirsizdi. Welte, bu yanıtları uzun süredir aradıklarını söylüyor. Ona göre mikroplar, kendi ördükleri nano teller üzerinden elektriği elektroda geri veriyor. Araştırmacılar bundan güçlü biçimde şüphelenmişti, ama şimdi özel bir mikroskop altında bunu görüntüleyebildiler. Makalenin başlığı da bu yapının, OmcZ tipi sitokrom nano tellerinin yapısına işaret ediyor.

Elektrotta daha hızlı çoğalıyorlar

Deneylerde dikkat çeken bir bulgu, ANME'nin içinden küçük bir gerilim geçen elektrotta büyümeyi çok sevmesi oldu. Mikroplar burada doğadaki hallerinden belirgin biçimde hızlı çoğalıyor. Welte'ye göre hendek ve kanallardaki doğal ortamlarında ayda bir bölünen hücreler, laboratuvardaki elektrotta beş günde bir bölünüyor.

Düzenek oldukça sade: küçük bir kapta su var, mikroplara metan veriliyor ve hücreler sudaki elektroda tutunarak çoğalıyor. Bu sırada elektrona elektron aktarıyorlar, yani küçük de olsa bir akım üretiyorlar. Welte, bu akımın örneğin hidrojen üretiminde kullanılabileceğini söylüyor; ancak bunun hâlâ uzak bir hedef olduğunu da vurguluyor.

Araştırmacılar kültürü, mikrop topluluğunun yüzde 95'i ANME'den oluşacak şekilde hazırlamayı da başardı. Daha önce bu düzeye ulaşılamamıştı. Welte, böyle saf bir kültürle mikropları her şeyin bir arada büyüdüğü karışık ortamlara göre çok daha etkili biçimde incelemenin mümkün olduğunu belirtiyor. Bu başarıda Yale'deki araştırmacıların da aralarında bulunduğu çeşitli ortakların katkısı var.

Arka plan

Metan, atmosferde ısıyı hapseden güçlü bir sera gazı olarak biliniyor. Deniz tabanı çökellerinde ve benzeri oksijensiz ortamlarda bu gazın önemli bir bölümü, atmosfere ulaşmadan mikroplar tarafından tüketiliyor. ANME gibi arkeler bu doğal süzgecin parçası sayılıyor. Ancak yavaş büyümeleri ve doğal ortamda başka mikroplarla iç içe yaşamaları, onları laboratuvarda incelemeyi zorlaştırıyor.

Elektron taşıyan nano teller ise mikrobiyolojide yeni bir fikir değil. Bazı bakteriler, besin tepkimelerinden çıkan elektronları hücre dışına, metaller ya da elektrotlar gibi yüzeylere aktarmak için protein tabanlı iletken uzantılar kullanıyor. Sitokrom adı verilen, metal içeren proteinler bu tür yapıların temel bileşenleri arasında. ANME'de de benzer bir mekanizmanın görüntülenmesi, metan ile elektrik arasındaki bağın hücre düzeyinde anlaşılmasına katkı sağlıyor.

Neden önemli?

Welte'ye göre kuramsal olarak bu mikroplar, küçük bir gerilimle metandan elektrik üretmeyi, örneğin bir elektrolizörden çok daha verimli yapabilir. Bunun pratik bir uygulamaya dönüşmesi yaklaşık 20 yıl sürebilir. Şimdilik ekibin odağı, ANME'nin temel düzeyde nasıl çalıştığını çözmek.

Welte, doğal kaynaklar tükendikçe elektrik üretmek için yeni ve enerji açısından verimli yollar bulmak gerekeceğini, mikroorganizmaların bu yollardan biri olabileceğini söylüyor. Yine de teknik bugün çok pahalı ve karmaşık. Araştırmacı, gelecekte daha verimli hale getirilebileceğini umduğunu belirtiyor ve bu çalışmayı o yönde atılmış küçük bir adım olarak tanımlıyor.