Un gruppo di ricerca composto da Akihiro Okamoto (Ricercatore Senior, Centro per la ricerca verde sui materiali energetici e ambientali, NIM), Yoshihide Tokunou (studente di dottorato, Dipartimento di Chimica Applicata, Scuola di specializzazione in Ingegneria, Università di Tokyo; anche un destinatario della borsa di studio di ricerca JSPS per giovani scienziati (DC1)) e il professor Kazuhito Hashimoto (presidente NIMS, già affiliato al Dipartimento di Chimica Applicata, Scuola di specializzazione in Ingegneria, Università di Tokyo) ha scoperto che i "batteri generatori di elettricità" utilizzati nelle celle a combustibile microbiche subiscono fermentazione mentre producono elettricità, il che è contrario alla credenza convenzionale che i batteri effettuino la respirazione solo quando producono una corrente elettrica. Il team ha anche identificato un meccanismo per cui il processo di fermentazione accelera. Poiché il processo di fermentazione ha un potenziale maggiore rispetto al processo di respirazione in termini di contributo dei batteri alla produzione di materiali diversi, aumentare l'efficienza di fermentazione dei batteri può portare allo sviluppo di una nuova tecnologia applicabile non solo alla generazione di elettricità ma anche alla produzione di materiale.

I batteri generalmente ottengono l'energia vitale scomponendo il materiale organico attraverso due tipi di processi metabolici:respirazione e fermentazione. Gli elettroni vengono generati quando distruggono il materiale organico (potenza riducente). Quando i batteri respirano, acquisiscono energia trasferendo elettroni a sostanze extracellulari che accettano gli elettroni. Durante la fermentazione, il trasferimento di elettroni extracellulare non avviene. Nelle celle a combustibile microbiche, i batteri generatori di elettricità sono in grado di trasferire gli elettroni generati dalla decomposizione di materiali organici a un elettrodo extracellulare. Come tale, possono servire come fonti di elettricità. Si riteneva che questi batteri producessero elettricità solo attraverso la respirazione e non effettuassero la fermentazione. Sia la respirazione batterica che la fermentazione hanno un'ampia gamma di applicazioni industriali. Nello specifico, fermentazione consente la produzione di una vasta gamma di materiali, come gli alcoli, precursori farmaceutici e bioplastiche. Se i batteri generatori di elettricità effettuano la fermentazione, potrebbe essere possibile sviluppare una nuova tecnologia che consentirà la produzione simultanea di materiali ed elettricità.

Il team di ricerca ha recentemente scoperto che il batterio Shewanella oneidensis, generatore di elettricità, subisce reazioni di fermentazione durante la produzione di elettricità. In questo studio, il team ha preparato colture di S. oneidensis prive degli enzimi coinvolti nella respirazione e un'altra serie di colture di S. oneidensis prive degli enzimi coinvolti nella fermentazione. Il team ha quindi analizzato la produzione di elettricità e i tassi di crescita delle due culture. L'assenza degli enzimi necessari per la fermentazione è risultata associata a drastiche riduzioni sia della quantità di corrente elettrica prodotta che del tasso di crescita, mentre l'assenza degli enzimi necessari per la respirazione non ha avuto alcun effetto su nessuno dei due. Negli studi precedenti, la rilevazione del trasporto extracellulare di elettroni in S. oneidensis è stata ipotizzata attribuibile a un processo respiratorio. Però, questo studio ha dimostrato la presenza di reazioni di fermentazione intracellulare, indicando l'esistenza di "respirazione simile alla fermentazione". È stato anche scoperto che la velocità delle reazioni di fermentazione probabilmente aumenta aumentando la velocità di trasporto del protone (ione idrogeno caricato positivamente), poiché i protoni limitano la velocità di trasporto degli elettroni. Utilizzando questo meccanismo, può essere possibile aumentare l'efficienza delle reazioni di fermentazione che si verificano sulle superfici degli elettrodi nelle celle a combustibile microbiche.

Questa ricerca ha rilevato un nuovo tipo di processo metabolico che ha luogo nei batteri che generano elettricità. Negli studi futuri, il gruppo di ricerca cercherà di comprendere il meccanismo che controlla la velocità di trasferimento del protone, aumentare l'efficienza della reazione di fermentazione utilizzando tale conoscenza e sviluppare la tecnologia che consentirà la produzione efficiente di materiali. Inoltre, è possibile convertire Escherichia coli―a microbo modello per lo studio della biosintesi―in un batterio generatore di elettricità attraverso l'ingegneria genetica, e le velocità dei suoi vari processi metabolici, che sono al centro di vari sforzi di ricerca e sviluppo, probabilmente aumentare aumentando la velocità di trasporto del protone.