ביולוגיה / חוקרים אמריקאים בנו מכשיר שמתרגם פעילות חיידקים ממשפחת “נושמי הברזל” לזרם חשמלי
יובל דרור
מדענים אמריקאים מאוניברסיטת מסצ'וסטס הודיעו השבוע, כי הצליחו לבנות דגם-אב של מכשיר המסוגל לתרגם את הפעילות הביולוגית של חיידקים (,Bacteria אחד מסוגי החיידקים) לזרם חשמלי. אף שעוצמת הזרם נמוכה, אב-הטיפוס מסוגל לפעול ללא הפסקה ולתקופה בלתי מוגבלת – כל עוד החיידקים מקבלים אספקה של סוכר.
החיידק שעליו מבוסס המכשיר, “רודופרקס פרירדוסנס”,(Rhodoferax Ferrireducens) התגלה בקידוח במפרץ אויסטר, וירג'יניה. הוא משתייך למשפחת “נושמי הברזל” (Iron Breathers), ששמם ניתן להם משום שהם נסמכים על ברזל כדי להתקיים – ולא על חמצן. ייחודו של החיידק ביכולתו לפרק לחלוטין סוכרים, מבלי להשתמש בחמצן. בסביבתו הטבעית הוא מפרק את הסוכרים כחלק מתהליך ה”נשימה” (Respiration) – תהליך ביוכימי שבו הגלוקוז (סוכר ענבים) מפורק והאלקטרונים העודפים של מולקולת הגלוקוז מועברים לתרכובת ברזל הנמצאת בסביבה. העברת האלקטרונים יוצרת אנרגיה המאפשרת את קיום החיידק ומשתחררת כחום.
המדענים, שפירסמו את מחקרם בגיליון האחרון של המגזין “Nature,” Biotechnology החליטו לנצל את תהליך העברת האלקטרונים כדי ליצור חשמל. הם גידלו מושבה של רודופרקס פרירדוסנס על אלקטרודה מגרפיט, שהוכנסה למיכל זכוכית אטום שבו תמיסת גלוקוז. תוך זמן קצר החלו החיידקים את תהליך פירוק הגלוקוז ושיחררו את האלקטרונים אל האלקטרודה. כתוצאה מכך האלקטרודה נטענה במטען שלילי. כשהחוקרים חיברו בכבל את האלקטרודה הטעונה לאלקטרודה שנייה, נוצר זרם חשמלי.
לדברי החוקרים, אין זו הפעם הראשונה שנעשה ניסיון לנצל את התהליך הטבעי של שחרור אלקטרונים בתהליך “הנשימה” של חיידקים, ואולם בניסיונות הקודמים הצליחו להעביר רק אחוזים בודדים מהאלקטרונים למכשיר שקלט אותם. הפעם הצליחו החוקרים ממסצ'וסטס לנצל %80 מהאלקטרונים שנוצרים בתהליך.
אך עדיין נותרה דרך ארוכה, עד ליום שבו יציעו חנויות האלקטרוניקה שקית של חיידקים כתחליף לסוללות: התהליך אטי מאוד ועוצמת הזרם החשמלי שנוצרת נמוכה. “למרות שהתהליך יעיל הוא אטי ואין מדובר בזרם רב. הוא בקושי מספיק להפעיל מחשבון”, כתבו החוקרים. עם זאת, הם ציינו כי החלפת האלקטרודה באלקטרודה אחרת, המאפשרת ליותר חיידקים לגעת בה, מגבירה את עוצמת הזרם. אב-הטיפוס שבנו פעל במשך 25 יום ללא הפסקה, ומסוגל להפעיל נורה של 60 ואט במשך 17 שעות – על כוס סוכר אחת.
היתרון העיקרי של התהליך הוא בהיותו טבעי לחלוטין. בטבע קיימים סוכרים רבים ושונים, ומבדיקות החוקרים עולה שהחיידקים יודעים לפרק אותם. משרד ההגנה האמריקאי, שמימן חלק מהמחקר, מקווה שהחיידקים יאפשרו להפעיל מכשור הממוקם באזורים מרוחקים ללא טיפול קבוע להחלפת הסוללות – כמו במקרה של מיקרופונים תת-ימיים. זאת ועוד: מכשירים חשמליים המבוססים על פעילות החיידקים עשויים לשמש בעתיד הרחוק פתרון בעבור אוכלוסיות המרוחקות מכל מקור חשמל אחר.
כעת מנסים המדענים להשתמש בשיטות של הנדסה גנטית כדי לגרום לחיידקים לייצר יותר חשמל. העיתון “בוסטון גלוב” דיווח, כי לפחות חברה אחת יצרה קשר עם המדענים על מנת שיבדקו אם ניתן לייצר חשמל מגללי חזירים. “יש סצינה בסרט 'בחזרה לעתיד' שבה הגיבורים זורקים קליפת בננה לתא הדלק של הרכב ויוצאים לדרך”, אמר הפרופ' למיקרוביולוגיה, דרק לוולי, מאוניברסיטת מסצ'וסטס. “אנחנו עדיין לא נמצאים בשלב הזה, אבל התקדמנו צעד גדול קדימה”.
