Jag hörde talas om kabelbakterier första gången på ett seminarium för ett par år sedan när en fransk elektrokemist (Alexander Kuhn) berättade om experiment de gjorde med dem. Jag tänkte väl inte så mycket mer på dem tills för någon vecka sedan när stötte jag på dem igen, i ett specialnummer i tidskriften Science om lera. En artikel där med titeln “Leran är elektrisk“¹ handlar om bakterier som leder elektrisk ström.

Kabelbakterier har ett fascinerande sätt att lösa ett av livets största elektrokemiska bekymmer – att bli av med elektroner. Vi äter för att vi behöver energi. Den får vi främst genom att kolhydrater, fett och annat gott bryts ner genom en mängd komplicerade steg involverande citronsyracykeln (eller Krebscykeln) för att bilda ATP som celler kan använda som energikälla. Hela den här processen går under namnet cellandning, och om man tittar på helhetsreaktionen² så kan den förenklas till:

C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 6 H₂O (l) + energi

Vad vi har till vänster är glukos som oxideras (förbränns) till koldioxid och vatten. När något oxideras frigörs elektroner. De elektronerna måste bli vägen någonstans – något som kan ta upp elektroner på en lägre energinivå än där de frigjordes, så att man tjänar energi på utbytet. I alla aerobiska livsformer är den slutgiltiga elektronacceptorn molekylärt syre, O₂. Så trots att ingen vet något om elektrokemi ligger den till grund för allt liv.

Men vad gör man om man bor någonstans där syre är en bristvara? Ett alternativ är att använda andra elektronacceptorer som nitrat (NO₃⁻), sulfat (SO₄²⁻), eller diverse metalljoner. Problemet är att dessa har mycket lägre oxidationspotential än syre, vilket gör anaerobisk respiration mindre effektiv än aerobisk. Så, visst finns det grupper av bakterier som “andas” järn, med det är något man vill undvika om man kan.

Kabelbakterier lever i den syrefattiga leran på botten av sjöar, bukter och hamnar. Leran är rik på vätesulfid – samma ämne som ger … arom … till ruttna ägg – vilket bakterier kan oxidera för att frigöra elektroner. Men utan syre kan de inte utnyttja energin som vätesulfiden kan frigöra. Men har har evolutionen kommit fram till en genialisk lösning. Bakterierna binder sig samman till en kabel där de kan sända elektroner från långt ner i leran (där det finns mycket vätesulfid) upp till nära botten, där lite syre tränger ner från vattnet. De här bakteriekablarna kan vara flera centimeter långa och innehålla uppemot 2000 bakterier. Bakterierna sitter ihop i ett cylindriskt “skinn” där upp till 60 parallella trådar leder elektroner genom bakteriekedjan. Exakt vad de här trådarna är gjorda av är man inte säkra på ännu, men det verkar vara någon form av proteintrådar.

Naturligtvis har det här lett till en mängd nya idéer. Kan man utnyttja de här trådarna till något annat? Det leder inte ström lika bra som metalltrådar, men i samma nivå som de bästa organiska halvledarna. En grupp forskare har visat att man kan utnyttja bakterietrådarna till att utvinna energi ur luftfuktighet (en idé man redan utnyttjat grafen³ till, utan att lyckats göra det kommersiellt gångbart). Samtidigt har man bara börjat att förstå vilken stor inverkan den här typen av bakterier har på lerans kemiska sammansättning. Eftersom relativt stora delar av planeten är täckta av lera är det en viktig pusselbit i att förstå det kemiska kretsloppet i naturen.

Kabelbakterier är inte de enda elektriskt ledande bakterierna man känner till. Numera vet man att det också finns de som bygger sina egna tunna nanotrådar för att kunna utnyttja metallpartiklar i sin närhet som elektronacceptorer istället för syre. Den typen av bakterier hoppas man kunna utnyttja i t.ex. mikrobbränsleceller för att utvinna energi ur avloppsvatten och liknande.

Det finns en hel elektrokemisk värld där ute. Man måste bara titta efter.

1. Tyvärr betalväggad, men prova Sci-hub…
2. Ok, vi börjar med glukos här, så det är redan några steg in.
3. Alltså grafen som i materialet Nobelprisades 2010, inte bestämd form av graf.