Konverze energie na biologicky využitelnou formu v živých organismech je založena na oxidačně-redukčních reakcích (respirační a fotosyntetické řetězce přenosu elektronů, fermentace). Tyto procesy jsou podmíněny látkovou výměnou mezi buňkou a okolím a obvykle probíhají uvnitř buněk. U některých mikroorganismů byl ale prokázán i přímý přenos elektronů přes buněčnou stěnu mezi vnitřkem buňky a povrchem nerozpustného materiálu, se kterým je buňka v kontaktu (např. minerálem sloužícím jako donor nebo akceptor elektronů při respiraci, elektrodou nebo jinou buňkou). Důležitou úlohu zde hrají redoxaktivní proteiny, zejména multihemové cytochromy, které zprostředkují tok elektronů na vzdálenost řádově 10 nm. Elektroaktivní mikroby mají potenciál využití v palivových článcích, bioelektrochemicky podporovaných mikrobiálních reaktorech, při bioremediaci toxických kovů, bioloužení kovů z rud a pro konstrukci nových senzorů a bioelektronických zařízení.Enzymy denitrifikační dráhy, která u bakterie Paracoccus denitrificans za anaerobních podmínek uskutečňuje redukci dusičnanu na dusík, se nacházejí v cytoplazmatické membráně a periplazmatickém prostoru. Potřebné redukční ekvivalenty jsou produkovány intracelulárními dehydrogenasami. Jiang et al. (Water Res. 2020, 169, 115242) nedávno ukázali, že společná kultivace P. denitrificans s elektroaktivní bakterií Shewanella oneidensis výrazně ovlivňuje průběh denitrifikace. Autoři předpokládají, že dochází ke kontaktu buněk obou kmenů a k přenosu elektronů přes buněčnou stěnu P. denitrificans k denitrifikačním enzymům. Podle jiného zjištění P. denitrificans může předávat elektrony anodě při oxidaci organického substrátu formiátu v mikrobiálním palivovém článku (Kiely et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 88, 371–380). Zdá se tedy, že P. denitrificans vykazuje některé rysy elektroaktivity.

Cíle práce:

• Shrnout současný stavu poznání mechanismů extracelulárního přenosu elektronů a podat přehled možných praktických využití.
• Testování vlivu vybraných externích elektronových donorů a akceptorů na aktivity denitrifikační dráhy bakterie Paracoccus denitrificans a provedení základní elektrochemická charakteristika suspenze a biofilmu této bakterie na elektrodě.