Människokroppen är befolkad av ett större antal mikrober än sina egna celler. Dessa mikrober överlever med hjälp av metabola vägar som skiljer sig drastiskt från människors.

Arpita Bose, Ph.D., vid Washington University i St. Louis, är intresserad av att förstå metabolismen av dessa allestädes närvarande mikroorganismer, och att använda den kunskapen för att hantera energikrisen och andra tillämpningar.

En av de största forskningsfrågorna för hennes labb handlar om att förstå fotoferrotrofi, eller att använda ljus och elektroner från en extern källa för kolfixering. Mycket av energikällan som människor konsumerar kommer från kolfixering i fototrofa organismer som växter. Kolfixering innebär att använda energi från ljus för att driva produktionen av sockerarter som vi sedan konsumerar för energi.

Innan Bose började sin forskning, forskare hade funnit att vissa mikrober interagerar med elektricitet i sina miljöer, även att donera elektroner till miljön. Bose antog att det omvända också kunde vara sant och försökte visa att vissa organismer också kan acceptera elektroner från metalloxider i sina miljöer. Genom att använda en bakteriestam som heter Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1), Bose identifierade denna process som kallas extracellulärt elektronupptag (EEU).

Efter att ha visat att vissa mikroorganismer kan ta in elektroner från sin omgivning och identifierat en samling gener som kodar för denna förmåga, Bose fann att denna förmåga var beroende av om en ljuskälla också var närvarande. Utan närvaro av ljus, dessa organismer förlorade 70 % av sin förmåga att ta in elektroner.

Eftersom de organismer som Bose studerade kan lita på ljus som en energikälla, Bose antog att detta beroende av ljus för elektronupptagning kunde betyda en funktion av elektronerna i fotosyntesen. Med efterföljande studier, Boses team fann att dessa elektroner som mikroorganismerna tog kom in i deras fotosystem.

För att visa att elektronerna spelade en roll vid kolfixering, Bose och hennes team tittade på aktiviteten hos ett enzym som heter RuBisCo, som spelar en viktig roll för att omvandla koldioxid till sockerarter som kan brytas ner för energi. De fann att RuBisCo var starkast uttryckt och aktiv när EEU inträffade, och det, utan RuBisCo närvarande, dessa organismer förlorade sin förmåga att ta in elektroner. Detta fynd tyder på att organismer som TIE-1 kan ta in elektroner från sin miljö och använda dem i samband med ljusenergi för att syntetisera molekyler för energikällor.

Förutom att bredda vår förståelse för den stora mångfalden i metabolismer, Boses forskning har djupgående konsekvenser för hållbarhet. Dessa mikrober har potential att spela en integrerad roll i generering av ren energi.