Pivné kvasinky, technologie a zdravie

K čemu by bylo dobré mít v krvi kvasinky? Možná by se mohly pást na glukóze a přitom produkovat energii k pohonu kardiostimulátorů a dalších miniaturních zařízení uvnitř lidského těla. Na rozdíl od baterií by byl takový zdroj energie teoreticky věčný.

Vědci z University of British Columbia v kanadském Vancouveru nyní převedli, jak takový článek může skutečně fungovat. Kvasinky zapouzdřili do váčku; k tomu, aby mikroorganismy generovaly dostatek energie, jim stačil obsah glukózy z kapky krevní plazmy. Takový palivový článek by se hodil zejména pro implantáty v místech, kde je výměna baterií nějak problematická, například u mikroelektrod používaných při léčbě ochrnutí míchy.

Kvasinkový palivový článek má oproti anorganickému velkou výhodu. Zatímco nastupující palivové články pro přenosné počítače spalují metanol, což probíhá za vysoké teploty, biologický článek funguje při teplotě lidského těla – respektive při teplotě aktivity enzymů kvasinek. Kvasinky při svém metabolismu také pracují s uvolněnými elektrony, které jim lze „ukrást“, a generovat tak elektrický proud. Tuto funkci má v systému tzv. elektron mediátor: kousek látky dostatečně malý na to, aby se vešel do buňky kvasinky a vyváděl odtud elektrony ven (poznámka: kvasinka je eukaryot – zde se zřejmě ukazuje, proč je jednodušší použít v článku kvasinku než např. bakterie, které obecně mají mnohem menší buňky).

Prototyp článku využívá běžné kvasinky Saccharomyces cerevisiae (pivní kvasinka, podrobnosti o ní viz česká Wikipedia), článek je z polydimethylsiloxanu a má rozměry asi 4 x 4 mm při tloušťce 1,4 mm. Přenašečem elektronů je methylová modř, běžně používané barvivo, které elektrony předává dál na straně buňky fungující jako anoda. Na straně katody reagují ionty H+ s kyslíkem za vzniku vody. V článku jsou pro účinnější vedení elektronů a zvětšení povrchu tenoučké mikrokapiláry.

Článek má zatím výkon 40 nanowattů (pro srovnání: baterie v hodinkách asi 1 mikrowatt). Pro některá zařízení by bylo vhodné doplnit soustavu kondenzátorem. Jistě je zde také prostor pro geneticky modifikované kvasinky, které by byly schopny podávat vyšší výkon.

Nicméně jeden problém zůstává: aby kvasinka mohla přežívat a fungovat stabilně, musí samozřejmě vylučovat své odpadní látky. Musí se vyzkoumat, zda by vylučování těchto metabolitů do krve nepředstavovalo nějaké zdravotní riziko – a pokud ano, vymyslet nějaký jiný systém.

Poznámky:

- Samozřejmě je třeba nevykořisťovat kvasinku příliš, aby jí nějaké elektrony zbyly pro vlastní provoz. Možná ale jen přesně vymezené „rovnovážné“ množství energie, aby kvasinka nechtěla růst a dělit se?

- Nemohly by takhle zapouzdřené kvasinky člověku v krvi neustále kvasit glukózu na určité množství ethanolu a udržovat příjemnou hladinu (ideálně volitelnou :-))?

- Futuristická idea: kvasinky jako prostředek hubnutí? Jako regulátor hladiny cukru v krvi u diabetiků apod.?