科學家們成功地使大腸桿菌產生了電能，為廢物管理、能源生產和其他生物電應用帶來了潛在的進步。在9月8日發表於《焦耳》（Joule）雜誌上的一篇論文中，EPFL的阿德米斯-博格霍西安（Ardemis Boghossian）教授領導的團隊報告了生物電子學領域的一項突破性成就，推進了普通大腸桿菌發電的能力。這項工作概述了一種可徹底改變廢物管理和能源生產的新方法。

研究人員通過生物工程技術使被廣泛研究的大腸桿菌產生電能。這項突破性工作發表在《焦耳》（Joule）雜誌上，展示了這種細菌在各種環境中，尤其是在廢水中的潛力。

研究人員們表示：”我們改造了大腸桿菌這種研究最為廣泛的微生物來發電。雖然有一些奇特的微生物可以自然發電，但它們只能在特定化學物質存在的情況下發電。大腸桿菌可以在多種來源的環境中生長，這使我們能夠在包括廢水在內的多種環境中發電。”

大腸桿菌是生物研究的主力軍，人們利用它通過一種稱為胞外電子轉移（EET）的過程來發電。EPFL 的研究人員對大腸桿菌進行了改造，使其表現出更強的電子傳遞能力，成為高效的”電微生物”。與以往需要特定化學物質才能發電的方法不同，生物工程大腸桿菌可以在代謝各種有機底物的同時發電。

這項研究的主要創新之一是在大腸桿菌內創建了完整的EET 途徑，這是以前從未實現過的。通過整合以發電而聞名的Shewanella oneidensis MR-1 細菌的成分，研究人員成功構建了一條橫跨細胞內外膜的優化途徑。這種新型途徑超越了以前的部分方法，與傳統方法相比，電流產生量增加了三倍。

該研究的首席科學家穆罕默德-穆布（Mohammed Mouhib）和梅拉尼婭-雷根特（Melania Reggente）在他們位於洛桑聯邦理工學院（EPFL）的實驗室合影。圖片來源：Jamani Caillet（EPFL）

廢水是工程細菌的遊樂場

重要的是，工程大腸桿菌在各種環境中都表現出了卓越的性能，包括從啤酒廠收集的廢水。當外來的電動微生物舉步維艱時，經過改造的大腸桿菌卻茁壯成長，展示了它在大規模廢物處理和能源生產方面的潛力。

Boghossian 說：”我們在處理有機廢物的同時還能發電，而不是將能源投入到系統中去–一舉兩得。我們甚至直接在洛桑當地一家啤酒廠Les Brasseurs 收集的廢水中測試了我們的技術。外來的電動微生物甚至無法存活，而我們的生物工程電動細菌卻能以這些廢水為食，成倍地繁衍生息。”

這項研究的意義不僅限於廢物處理。這種工程大腸桿菌能夠從多種來源發電，可用於微生物燃料電池、電合成和生物傳感等領域。此外，這種細菌的遺傳靈活性意味著它可以進行定制，以適應特定的環境和原料，從而成為可持續技術開發的多功能工具。

手稿的第一作者穆伊布說：”我們的工作非常及時，因為工程生物電微生物正在推動越來越多的實際應用。我們創造了一項新紀錄，與之前僅依賴部分途徑的最先進技術相比，與該領域最近發表的最大論文之一中使用的微生物相比也是如此。目前該領域的所有研究工作都在進行，我們對生物電細菌的未來感到興奮，迫不及待地希望我們和其他人能將這項技術推向新的規模。”