Ett forskargrupp bestående av Akihiro Okamoto (Senior Researcher, Center for Green Research on Energy and Environmental Materials, NIMS), Yoshihide Tokunou (doktorand, Institutionen för tillämpad kemi, Civilingenjör, University of Tokyo; också mottagare av JSPS Research Fellowship for Young Scientists (DC1)) och professor Kazuhito Hashimoto (NIMS -ordförande, tidigare ansluten till Institutionen för tillämpad kemi, Civilingenjör, University of Tokyo) upptäckte att "elgenererande bakterier" som används i mikrobiella bränsleceller genomgår jäsning medan de producerar elektricitet, vilket strider mot den konventionella tron ​​att bakterierna bara andas när de producerar en elektrisk ström. Teamet identifierade också en mekanism där jäsningsprocessen accelererar. Eftersom jäsningsprocessen har större potential än andningsprocessen när det gäller bakteriens bidrag till produktionen av olika material, öka bakteriens jäsningseffektivitet kan leda till utvecklingen av en ny teknik som gäller inte bara elproduktion utan även materialproduktion.

Bakterier får i allmänhet livsuppehållande energi genom att bryta ner organiskt material genom två typer av metaboliska processer:andning och jäsning. Elektroner genereras när de bryter ner organiskt material (reducerar kraften). När bakterier andas, de får energi genom att överföra elektroner till extracellulära elektronmottagande ämnen. Under jäsningen, extracellulär elektronöverföring sker inte. I mikrobiella bränsleceller, elgenererande bakterier kan överföra elektroner som genereras från sönderdelning av organiska material till en extracellulär elektrod. Som sådan, de kan fungera som energikällor. Man hade trott att dessa bakterier producerar elektricitet endast via andning och inte utför jäsning. Både bakteriell andning och jäsning har ett brett spektrum av industriella tillämpningar. Specifikt, jäsning möjliggör produktion av en mängd olika material, som alkoholer, farmaceutiska prekursorer och bioplast. Om elproducerande bakterier utför jäsning, det kan vara möjligt att utveckla ny teknik som möjliggör samtidig produktion av både material och el.

Forskargruppen fann nyligen att den elproducerande bakterien Shewanella oneidensis genomgår jäsningsreaktioner när man producerar el. I den här studien, laget förberedde kulturer av S. oneidensis som saknade enzymerna som är involverade i andning och en annan uppsättning av S. oneidensis -kulturer som saknade enzymerna som är involverade i jäsning. Teamet analyserade sedan elproduktionen och tillväxttakten för de två kulturerna. Frånvaron av de enzymer som krävs för jäsning befanns vara förknippad med dramatiska minskningar av både producerad elektrisk ström och tillväxthastighet, medan frånvaron av de enzymer som krävs för andning inte hade någon effekt på heller. I tidigare studier har upptäckt av extracellulär elektrontransport i S. oneidensis antogs kunna tillskrivas en andningsprocess. Dock, denna studie visade förekomst av intracellulära jäsningsreaktioner, indikerar förekomsten av "fermentationsliknande andning". Det visade sig också att hastigheten för jäsningsreaktionerna sannolikt ökar genom att öka proton (positivt laddad vätejon) transporthastighet, eftersom protoner begränsar hastigheten för elektrontransport. Med hjälp av denna mekanism, det kan vara möjligt att öka effektiviteten hos jäsningsreaktioner som uppstår på elektrodytor i mikrobiella bränsleceller.

Denna forskning upptäckte en ny typ av metabolisk process som äger rum i elproducerande bakterier. I framtida studier, forskargruppen kommer att försöka förstå mekanismen som styr protonöverföringshastigheten, öka effektiviteten av jäsningsreaktionen med hjälp av den kunskapen och utveckla teknik som möjliggör effektiv produktion av material. Dessutom, det är möjligt att genom genteknik omvandla Escherichia coli ― en modellmikrob för studier av biosyntes ― till en elgenererande bakterie, och hastigheterna för dess olika metaboliska processer, som är i fokus för olika FoU -insatser, sannolikt höjas genom att öka protontransporthastigheten.