Biyolojik Olarak Değiştirilmiş E. coli, Atık Sulardan Elektrik Üretebiliyor!

Biyoelektronik alanında çığır açan bir buluşa imza atan EPFL bünyesindeki araştırmacılar, Escherichia coli bakterisinin elektrik üretme yeteneğini geliştirdi. Bu yenilikçi yaklaşım, bir yandan organik atıkların işleyişi için sürdürülebilir bir çözüm sunarken aynı zamanda önceki yöntemlerden daha iyi bir performans göstererek çok yönlü mikrobiyal elektrik üretiminde de yeni ufuklar açıyor. EPFL'den Profesör Ardemis Boghossian, araştırma hakkında şunları söylüyor:

Biz elektrik üretebilmek için çok yaygın biçimde çalışılan E. coli bakterisini biyolojik olarak düzenledik. Her ne kadar doğal yoldan elektrik üretebilen egzotik mikroplar var olsa da bunlar sadece spesifik kimyasalların varlığında elektrik üretebiliyorlardı. E. coli ise çok çeşitli kaynaklarda büyüyebiliyor ve bu da atık sular dahil olmak üzere birçok çevrede elektrik üretebilmemize olanak sağlıyor.

Joule dergisinde yayınlanan bir makalede Boghossian ve ekibi, E. coli bakterisinin yeteneklerini geliştirip elektrik üretmesini sağlayarak biyoelektronikte ezber bozan bir başarı bildirdiler. Bu çalışma hem atık yönetimi hem de enerji üretiminde devrim yaratabilecek yeni bir yaklaşımı ana hatlarıyla belirliyor.

Hücre Dışı Elektron Transferi (EET) olarak bilinen bir yöntemde elektrik üretimi için biyolojik araştırmaların başlıca odağı olan E. coli bakterisinden yararlanıldı. EPFL araştırmacıları E. coli'yi oldukça etkili bir "elektrik mikrobu" yapabilmek için E. coli'deki EET'yi geliştirdiler. Elektrik üretimi için spesifik kimyasallara ihtiyaç duyan diğer canlıların aksine, biyolojik olarak düzenlenmiş E. coli; çeşitli organik substratları metabolize ederek elektrik üretebilir hale geldi.

Çalışmanın en önemli yeniliklerinden biri de araştırmacıların E. coli bakterisinde eksiksiz bir EET metabolik yolu yaratarak daha önce hiç elde edilememiş bir başarıya ulaşmalarıdır. Araştırmacılar, elektrik üretmesiyle meşhur olan Shewanella oneidensis MR-1 bakterisine ait bileşenleri entegre ederek hücrenin iç ve dış zarlarını kapsayan optimize edilmiş bir yol oluşturdular. Bu yeni yol, geleneksel stratejilerle kıyaslandığında elektrik akımı üretiminde üç kat artış sağladı ve önceki kısmi yaklaşımları geride bıraktı.

Atık Sularda E. Coli Sayesinde Elektrik Üretimi

Biyolojik olarak düzenlenmiş E. coli, bira fabrikasından toplanmış olan atık su örneği dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda kayda değer bir performans sergilemiştir. Aynı ortamda egzotik elektrik mikropları zayıf düşerken, düzenlenmiş E. coli’nin çoğalabilmesi büyük çaplı atık arıtımı ve enerji üretimi potansiyelini gözler önüne sermiştir. Boghossian, uyguladıkları testler hakkında şunları söylüyor:

Organik atıkları işlemek için harcanan enerjiyi hem organik atığı hem de elektriği aynı zamanda üretmek için kullanabiliyoruz, bir taşta iki kuş! Teknolojimizi direkt olarak Lausanne’da bir yerli bira fabrikası olan Les Brasseurs’den toplanmış suda da test ettik. Egzotik elektrik mikropları hayatta bile kalamazken bizim biyolojik olarak düzenlenmiş elektrik bakterilerimiz bu atıktan beslenerek çoğalmayı başardı.

Bu araştırmanın sonuçları atık arıtımının ötesine uzanıyor. Biyolojik olarak düzenlenmiş E. coli'nin çok geniş bir kaynak yelpazesinde elektrik üretebiliyor olması bu bakterinin mikrobiyal yakıt hücreleri, elektrosentez ya da biyosensör gibi uygulamalarda da kullanılabileceğini gösteriyor. Ek olarak, bakterinin genetik esnekliğinin ortama ve beslenme stoğuna uyum sağlayabilecek şekilde düzenlenmiş olması, sürdürülebilir teknoloji gelişimi için onu çok yönlü bir araç haline getiriyor. Makalenin baş yazarı Mouhib, araştırmanın geleceğiyle alakalı şunları söylüyor:

Düzenlenmiş biyoelektrik mikroplar gerçek dünyanın sınırlarını giderek daha fazla zorladığından çalışmalarımız oldukça yavaş ilerliyor. Bu alanda yakın zamanda yayınlanmış en büyük makalelerden birinde kullanılan mikrop bizim çalışmamızdakiyle ve metodumuz sadece kısmi bir yola dayanan önceki yöntemlerle karşılaştırıldığında yeni bir rekor kırdık. Bu alanda mevcut olan bütün araştırma eforuyla birlikte biyoelektrik bakterilerin geleceği konusunda heyecanlıyız ve bizimle beraber herkesin bu teknolojiyi yeni basamaklara taşıması için sabırsızlanıyoruz.