Wissenschaftliche Forschung hatte schon immer die Fähigkeit, uns in Erstaunen zu versetzen und unerwartete Phänomene ans Licht zu bringen. Das Neueste ist ein genetisch manipulierter Virus, der sich als vielversprechende Stromquelle erweist. Das Team von Seung Wuk Lee, Bioingenieur an der University of California in Berkeley zeigte, wie M13-Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren, dazu gebracht werden können, kleine „Kraftwerke“ zu werden.
Ursprünge biologischer elektrischer Ströme
Das Konzept der Bioelektrizität ist nicht neu. Bereits im 18. Jahrhundert italienisch luigi galvani demonstrierte, wie elektrische Impulse bei Fröschen Muskelkontraktionen auslösen können, und legte damit den Grundstein für die Elektrophysiologie. Das detaillierte Verständnis dieser Phänomene auf molekularer Ebene blieb jedoch bisher ein Rätsel.
Der Bakteriophage M13 hat eine einzigartige Struktur, „geschmückt“ mit einer Proteinhülle, die aus fast 3.000 Kopien eines helikalen Proteins besteht. Durch diese Anordnung entsteht eine Polarität mit positiven Ladungen auf der Innenseite und negativen Ladungen auf der Außenseite. Lees Team hatte zuvor herausgefunden, dass Druck auf diese Proteine sie erzeugte Piezoelektrizitätoder die Fähigkeit, mechanische Kraft in elektrische Energie umzuwandeln.
Erzeugung elektrischer Ströme durch Wärme
Indem die Forscher Viren genetisch so veränderten, dass sie eine bestimmte Proteinsequenz enthielten, brachten sie sie dazu, sich an dünne, mit Nickel beschichtete Platten zu binden. Indem diese Strukturen Hitze ausgesetzt werden (entweder durch Feuer oder einen Laser), schmelzen und falten sich die Proteine, wodurch die Ladungen aus dem Gleichgewicht geraten und elektrische Spannungen erzeugt werden.
Dieser Prozess, bekannt als Pyroelektrizität, wurde durch den Einbau von Glutamat, einer negativ geladenen Aminosäure, auf der äußeren Oberfläche der Proteine weiter verstärkt. Finden Sie hier Weitere Informationen zur durchgeführten Studie.
Praktische Anwendungen
Die Forschung ebnet den Weg für mehrere praktische Anwendungen. Eine davon ist der Einsatz von Bakteriophagen als Biosensoren zur Erkennung schädlicher Gase. Durch die Ausnutzung ihrer Fähigkeit, in Gegenwart bestimmter Chemikalien wie Xylol spezifische elektrische Signaturen zu erzeugen, können sich Viren als wirksame Werkzeuge bei der Erkennung gefährlicher Substanzen erweisen.
Obwohl die durch Viren verursachte Spannung immer noch bescheiden ist, sind die Forscher optimistisch, was die Möglichkeit einer Verstärkung angeht. M13-Viren haben die Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren, wodurch ihre Anzahl und damit die Intensität der erzeugten elektrischen Energie erhöht werden.
Wir werden sehen. Diese Forschung unterstreicht nicht nur die Bedeutung der Biotechnik für die nachhaltige Energieerzeugung, sondern eröffnet auch neue Perspektiven für das Verständnis und die Nutzung biologischer Elektrizität. Die Arbeit von Lee und seinem Team erinnert uns (sofern überhaupt noch Bedarf besteht) daran, dass die innovativsten Lösungen aus den unerwartetsten Quellen kommen können.
