Uma equipe de pesquisa composta por Akihiro Okamoto (Pesquisador Sênior, Centro de Pesquisa Verde sobre Energia e Materiais Ambientais, NIMS), Yoshihide Tokunou (estudante de doutorado, Departamento de Química Aplicada, Escola de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade de Tóquio; também recebeu a JSPS Research Fellowship for Young Scientists (DC1)) e o Professor Kazuhito Hashimoto (Presidente do NIMS, anteriormente afiliado ao Departamento de Química Aplicada, Escola de Pós-Graduação em Engenharia, University of Tokyo) descobriu que "bactérias geradoras de eletricidade" usadas em células de combustível microbianas sofrem fermentação enquanto produzem eletricidade, o que é contrário à crença convencional de que as bactérias só respiram quando produzem corrente elétrica. A equipe também identificou um mecanismo pelo qual o processo de fermentação acelera. Como o processo de fermentação tem um potencial maior do que o processo de respiração em termos da contribuição da bactéria para a produção de diversos materiais, aumentar a eficiência de fermentação das bactérias pode levar ao desenvolvimento de uma nova tecnologia aplicável não apenas à geração de eletricidade, mas também à produção de material.

As bactérias geralmente obtêm energia de sustentação da vida quebrando a matéria orgânica por meio de dois tipos de processos metabólicos:respiração e fermentação. Os elétrons são gerados quando quebram a matéria orgânica (reduzindo a potência). Quando as bactérias respiram, eles ganham energia transferindo elétrons para substâncias extracelulares aceitadoras de elétrons. Durante a fermentação, transferência de elétrons extracelular não ocorre. Em células de combustível microbianas, bactérias geradoras de eletricidade são capazes de transferir elétrons gerados a partir da decomposição de materiais orgânicos para um eletrodo extracelular. Como tal, eles podem servir como fontes de eletricidade. Acreditava-se que essas bactérias produzem eletricidade apenas por meio da respiração e não realizam a fermentação. Tanto a respiração quanto a fermentação bacteriana têm uma ampla gama de aplicações industriais. Especificamente, a fermentação permite a produção de uma ampla variedade de materiais, como álcoois, precursores farmacêuticos e bioplásticos. Se bactérias geradoras de eletricidade realizam a fermentação, pode ser possível desenvolver novas tecnologias que possibilitem a produção simultânea de materiais e eletricidade.

A equipe de pesquisa descobriu recentemente que a bactéria geradora de eletricidade Shewanella oneidensis sofre reações de fermentação ao produzir eletricidade. Neste estudo, a equipe preparou culturas de S. oneidensis que não tinham as enzimas envolvidas na respiração e outro conjunto de culturas de S. oneidensis que não tinham as enzimas envolvidas na fermentação. A equipe então analisou a produção de eletricidade e as taxas de crescimento das duas culturas. A ausência das enzimas necessárias para a fermentação foi encontrada associada a reduções dramáticas na quantidade de corrente elétrica produzida e na taxa de crescimento, enquanto a ausência das enzimas necessárias para a respiração não teve efeito sobre nenhum dos dois. Em estudos anteriores, a detecção do transporte extracelular de elétrons em S. oneidensis foi considerada atribuível a um processo respiratório. Contudo, este estudo demonstrou a presença de reações de fermentação intracelular, indicando a existência de "respiração semelhante à fermentação". Também foi descoberto que a taxa das reações de fermentação provavelmente aumenta, aumentando a taxa de transporte de prótons (íon de hidrogênio com carga positiva), já que os prótons limitam a taxa de transporte de elétrons. Usando este mecanismo, pode ser viável aumentar a eficiência das reações de fermentação que ocorrem nas superfícies dos eletrodos em células a combustível microbianas.

Esta pesquisa detectou um novo tipo de processo metabólico ocorrendo em bactérias geradoras de eletricidade. Em estudos futuros, a equipe de pesquisa procurará entender o mecanismo que controla a taxa de transferência de prótons, aumentar a eficiência da reação de fermentação utilizando esse conhecimento e desenvolver tecnologia que permitirá a produção eficiente de materiais. Além disso, é possível converter Escherichia coli - um micróbio modelo para o estudo da biossíntese - em uma bactéria geradora de eletricidade por meio de engenharia genética, e as taxas de seus vários processos metabólicos, que são o foco de vários esforços de P&D, provavelmente aumentará aumentando a taxa de transporte de prótons.