《工作细菌》：我的功能我做主！生活不仅只有眼前的肠道，还有细菌电池和远方

最近《工作细胞》这部来自日本的动漫刷爆了朋友圈，每天我们的身体都有约37兆2千亿个细胞在精神十足地工作。

然而今天讲的主角是动漫里面的“坏人”——细菌，它们被科学家们在人体的肠道内发现，研究并用于工业发展，拥有了更大的用武之地。

研究人员在人体微生物组中发现了100多种细菌，可以通过不同的、更简单的细胞外电子传递系统制造细菌发电电池，它们具有更强的发电能力和电感能力。

细菌电池的新发现

细菌电池的原理是利用细菌代谢产生的能量发电，英国植物学家马克·皮特首先以铂作电极将大肠杆菌或普通酵母菌的培养液里，制造出世界上第一个细菌电池。

这样的电池相比矿物燃料发电，降低了对环境的污染，但成本较高，现在日本、美国、英国等国家都有利用细菌发电技术发电。

现在的细菌电池有了新进展。科学家发现，一种常见的引起腹泻的细菌使用与已知的产电细菌完全不同的技术发电，还同时发现了还有数百种其他细菌物种具有同样的发电功能。

细菌通过其细胞壁将电子作为微小电流传输到环境中

这些细菌是人体肠道微生物组的一部分，它们一些是病原体，一些是益生菌，在人体内相互作用，具有自主发电的特性。

这对于那些目前想要使用微生物制造活细胞的人来说无疑是个好消息。例如，这种“绿色”生物能源技术可以从废物处理厂的细菌中产生电力。

发电源于生存

细菌自主发电跟我们需要呼吸一样简单自然。而发电细菌很多都是无氧生存的，他们必须找到另一个电子受体。比如说在地质环境中，电子受体通常是细胞外的矿物质——铁或锰。在某种意义上，这些细菌依靠铁或锰来“呼吸”。

将电子从细胞转移到矿物质需要一系列特殊的化学反应，即所谓的细胞外电子传递链，它将电子作为微小的电流传输。一些科学家利用这个链条来制造电池：将电极粘在这些细菌皿中，你就可以发电了。

新发现的细胞外电子传递系统实际上比已知的转移链更简单，发电不是必须的，而是必要时发起的机制，比如说在氧气过低时。

目前被发现具有这种发电系统的革兰氏阳性细菌生活在具有大量黄素的环境中，黄素是维生素B2的衍生物。

同样的细菌为了生存会通过吸取矿物质来转移电子受体，而在另外的生存环境中使用细胞外电子转移是因为这方法对它们更容易。因此，这些细菌的细胞结构和它们生存环境使得电子从细胞中转移出来更具成本效益。

在工业发展中的应用

科学家们用一个电极测量从细菌流出的电流大约有500微安，这虽然很小，但随着科学发展和研究人员的不断努力，细菌电池的发电效率正在不断上升，这也使得细菌发电电池的前景越来越广阔。

2016年荷兰一所大学研究的细菌电池，以细菌用电力合成醋酸盐，然后再利用细菌把醋酸盐转化成电力。细菌电池充电16小时后，可提供8小时电力。

之后英国牛津大学的研究人员成功模拟了一个生物能源发电站。他们使用计算机来控制细菌的运动，让它们在液体中悬浮游动。之后，他们在这些细菌中间加入轮状结构，其周围的细菌就会围绕着这些轮状物运动。这会产生一些微小的电量，能为一些小型设备供电。

细菌发电技术还有其他一些应用方向，比如说目前废水处理技术是依靠电能来运转的，细菌发电的技术一旦成熟走向应用，废水本身就可以成为发电的资源。这是一个可以用高效、低成本的方法解决能源问题的路径之一。

然而如何让实验室细菌真正走进大众视野，还有很长一段路要走，未来还需要通过不同领域的科学家共同努力，将理想赋予现实。