Bioelektrokemiske systemer (BES) er systemer, hvor biologiske molekyler som proteiner og enzymer, eller hele biologiske celler, bringes til at udføre elektrokemiske processer. BES har attraktive anvendelser i miljøgenopretning, energiomsætning eller organisk og uorganisk kemisk syntese. Basale studier har stor betydning for mere effektive BES anvendelser, og er afgørende for forståelsen af naturprocesser, især såkaldt ekstracellulær elektrontransport (EET), der bl.a. kontrollerer biogeokemiske cyklusser.
I det foreliggende projekt er bakterien S. oneidensis MR-1 valgt som teststamme for nye EET studier. Herunder er en modgående process i forhold til normalt ”udadgående” EET, her ”indadgående” EET opdaget. I indadgående EET, katalysereres electrooxidation af redoxmolekyler effektivt og selektivt af et proteinkompleks kaldet MR-1, afspejlet i karakteristiske elektrokemiske strøm-spændingsrelationer. Blandt tolv undersøgte redoxmolekyler, udviste alene molekyler med højt redoxpotential og negativ elektrostatisk ladning elektrokatalyse. Herfra udvalgtes strategisk [Fe(CN)6]4- til videre studier, hvorfra en model for den nyopdagede indadgående elektrokatalyse kunne opstilles. Videre studier blev rettet mod mikrobiel syntese af Pd nanopartikler (PdNP kendt for høj elektrokatalyse). Mikrobielle PdNP viste sig i stedet at blokere mikrobiel elektrokatalyse. Til gengæld påvirkede udfasning af de to centrale elektrontransmittere, MtrC and OmcA, ikke MR-1’s evne til at medvirke i indadgående EET. Resultaterne afspejler den komplekse natur af de elektrokatalytiske processer, men har ført til opstilling af en ny elektrokatalytisk model.
MR-1 blev endelig anvendt i biosyntese af nanomaterialer. Nanomateriale biosyntese har en dobbeltrolle, biologisk genopretning og biologisk genudvinding. For at sammenknytte laboratorieundersøgelser med praktiske anvendelser, blev specifikt effekten af tilsat Cu(II) og af forskellige medier på Pd(II) bioremediering som prøvesystem undersøgt. Præ-kultivering med Cu(II) viste ikke inhibering, men høj Pd genoptagelsesgrad, medens Cu(II) præ-inkubation førte til ændret morfologi af de dannede PdNPer. Projektet har skabt mangeartede nye perspektiver inden for mikrobiel miljøgenopretning og biokemisk syntese.