Một nghiên cứu đột phá từ Đại học Rice, công bố trên tạp chí Cell, đã hé lộ những tiềm năng ứng dụng to lớn trong lĩnh vực năng lượng sạch và công nghệ sinh học.
Trong khi phần lớn sinh vật sống ngày nay sử dụng oxy để chuyển hóa thức ăn và tạo ra năng lượng, vi khuẩn, với lịch sử tồn tại lâu đời hơn nhiều, đã phát triển các phương thức hô hấp độc đáo trong môi trường thiếu oxy. Chúng có thể sống sót trong những điều kiện khắc nghiệt như miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển sâu hoặc thậm chí trong ruột người.
Một số loài vi khuẩn sử dụng hợp chất tự nhiên có tên naphthoquinone để vận chuyển electron ra bên ngoài tế bào. Quá trình này, được gọi là hô hấp ngoại bào, tương tự như cách pin xả điện và cho phép vi khuẩn sinh trưởng mà không cần oxy.
Theo SciTechDaily, các nhà khoa học đã quan sát hiện tượng hô hấp đặc biệt này từ lâu. Nghiên cứu mới của Đại học Rice đã khám phá ra cơ chế cụ thể của quá trình này, mở ra một hướng đi mới, cho thấy hô hấp ngoại bào có thể phổ biến hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ.
Để xác minh phát hiện này, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với phòng thí nghiệm Palsson tại Đại học California San Diego. Họ sử dụng mô hình máy tính tiên tiến để mô phỏng sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường yếm khí, nhưng giàu bề mặt dẫn điện.
Kết quả cho thấy, vi khuẩn thực sự có khả năng duy trì sự sống bằng cách giải phóng electron ra bên ngoài. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm sau đó đã chứng minh rằng vi khuẩn trên các vật liệu dẫn điện tiếp tục phát triển và tạo ra điện, hô hấp thông qua bề mặt một cách hiệu quả.
Biki Bapi Kundu, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Rice, thành viên của nhóm nghiên cứu, giải thích: “Naphthoquinone đóng vai trò như những người vận chuyển phân tử, mang electron ra khỏi tế bào, cho phép vi khuẩn phân giải thức ăn và tạo ra năng lượng.”
Phát hiện mang tính nền tảng này mở ra nhiều ứng dụng thực tế tiềm năng. Theo Interesting Engineering, các quy trình công nghệ sinh học như xử lý nước thải và sản xuất sinh học có thể được cải thiện đáng kể nhờ việc kiểm soát tốt hơn sự mất cân bằng electron. Vi khuẩn phát điện có thể giúp khắc phục tình trạng này, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.
Nhà khoa học Caroline Ajo-Franklin tại Đại học Rice nhấn mạnh: “Công trình của chúng tôi đặt nền móng cho việc khai thác CO2 thông qua điện tái tạo, trong đó vi khuẩn hoạt động tương tự như thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp. Điều này mở ra cơ hội phát triển các công nghệ thông minh hơn, bền vững hơn với sinh học là cốt lõi.”
Ngoài ra, nghiên cứu này có thể giúp các cảm biến sinh học điện tử hoạt động hiệu quả trong môi trường thiếu oxy, cung cấp các công cụ mới cho chẩn đoán y tế, giám sát ô nhiễm và thậm chí cả khám phá không gian sâu.
Admin
Nguồn: VnExpress
