Nhƣ ta đã biết, MFC là hệ thống sử dụng vi sinh vật chuyển hóa năng lƣợng hóa học từ các hợp chất hữu cơ thành dòng điện. Nhiều nghiên cứu về hệ vi sinh vật trong anode của MFC nhận thấy rằng, có tới bốn trong năm lớp của Proteobacteria
có khả năng phát sinh dòng điện (Deltaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Betaproteobacteria); hay Bacteroidetes; Acidobacteria, Firmicutes. Nấm men Pichia anomala và vi khuẩn lam Synechocytis sp. PCC 6803
cũng đã đƣợc phát hiện ra là có khả năng sản xuất dòng điện trong MFC. Một nghiên cứu của Kim và công sự đã công bố cấu trúc hệ vi khuẩn hoạt động trong MFC bằng phƣơng pháp phân tích thƣ viện nhân dịng gen 16s rRNA đã nhận thấy rằng, Bacteriodetes chiếm số lƣợng lớn với 32,5 % trong tổng số trình tự nhân
dịng, tiếp đến là Betaproteobacteria là 23,9 %; Firmicutes 14,2 %; Grammaproteobacteria 10,6 %; Alphaproteobacteria 6,9 %; Spirochaetes 5.9 %; Acidobacteria 2,6 %; Deltaproteobacteria và Planctomycetes chiếm 0,3 %; và các
trình tự chƣa định danh đƣợc chiếm 1.3%. Một nghiên cứu khác của Choo và công sự (2006) lại chỉ ra rằng lớp vi khuẩn chiếm ƣu thế tròng MFC đƣợc làm giàu với nồng độ glucose và glutamate là Grammaproteobacteria (36,5%), mặt khác Logan
và Regan (2006) lại tìm thấy lớp Sigmaproteobacteria là chiếm ứu thế trong quần xã vi sinh vật điện hóa trong MFC và chúng có trình tự tƣơng đồng gen 16s rRNA lớn hơn 95% với loài Desulfuromonas acetoxidans. Geobacter sulfurreducens và Shewanella oneidensis là các vi khuẩn điện hóa điển hình đƣợc tìm thấy trong nhiều
hệ thống MFC và tƣơng tác của chúng với điện cực trong MFC đã đƣợc nghiên cứu kỹ (Bảng 6). Bên cạnh đó, trong một số hệ thống khác, các vi khuẩn thuộc chi
Pseudomonas đƣợc phát hiện và khả năng tƣơng tác của chúng với điện cực thông
qua chất truyền điện tử trung gian tự sinh đã đƣợc chứng minh Ngoài ra, rất nhiều lồi vi khuẩn thơng qua ni cấy đơn chủng trong MFC đã đƣợc chứng minh là có khả năng sinh ra dịng điện (Bảng 6) [16, 27, 39, 41].
Bảng 6: Các chủng vi khuẩn điện hóa trong MFC khơng sử dụng chất truyền điện tử trung gian [39, 43, 50]
Năm phát hiện Vi khuẩn
1999 Shewanella putrefaciens IR-1 2001 Clostridium butyricum EG 3 2002 Desulfuromonas acetoxidans Geobacter metallireducens 2003 Geobacter sulfurreducens Rhodoferax ferrireducens Aeromonas hydrophila 2004 Pseudomonas aeruginosa Desulfobulbus propionicus 2005 Geopsychrobacter electrodiphilus 2006 Shewanella oneidensis DSP 10 S. oneidensis MR-1 Escherichia coli 2008 Rhodopseudomonas palustris DX-1
Ochrobactrum anthropi YZ-1 Desulfovibrio desulfuricans Acidiphilium sp. 3.2Sup5 Klebsiella pneumoniae L17 Thermincola sp. JR Pichia anomala 2009 Bacillus subtilis 2013 Tolumonas osonensis
Ảnh hưởng của vi sinh vật tới hoạt động của MFC: Nhƣ ta đã biết MFC hoạt
động dựa trên quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Do đó, sự phát triển của vi sinh vật trong MFC, nguồn vi sinh vật sử dụng làm giàu, hay phƣơng thức làm giàu đóng một vai trị quan trọng đến sự phát sinh dòng điện, điều kiện hoạt động, và năng lƣợng thu đƣợc của MFC. Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng, những MFC đƣợc làm giầu từ nguồn vi sinh vật hỗn hợp có thể cho dịng điện lớn hơn so với làm giàu đơn
chủng. Logan đã báo cáo rằng MFC đƣợc làm giàu từ quần xã có cơng suất lớn hơn 22% (576 mW/m2) so với MFC làm giàu từ chủng Geobacter sulfurreducens. Ngoài ra, các quần xã vi sinh vật khác nhau có thể ảnh hƣởng tới điện trở trong của MFC. Ví dụ, Ana và cộng sự (2011) đã công bố với MFC làm giầu từ quần xã khử lƣu huỳnh có điện trở trong 2550 ohm, trong khi các quần xã methanol và quần xã hiếu khí có điện trở trong lần lƣợt là 6400 ohm và 115000 ohm. Hơn nữa, công suất đầu ra và điều kiện hoạt động của MFC còn bị giới hạn bởi tốc độ sinh trƣởng và mối quan hệ của các chủng vi sinh vật trong quần xã. Một bằng chứng là trƣờng hợp chủng vi khuẩn khuẩn Gram dƣơng Brevibacillus sp. PHT1 có thể chuyền điện tử ngoại bào nhờ có hoạt động trao đổi chất của Pseudomonas sp [27, 39, 41, 57, 67].