Una bacteria llamada Moorella thermoacetica no funcionará gratis. Pero los investigadores de UC Berkeley han descubierto que tiene apetito por el oro. Y a cambio de este regalo especial, la bacteria ha revelado un camino más eficiente para producir combustibles solares a través de la fotosíntesis artificial.

M. thermoacetica hizo su debut como la primera bacteria no fotosensible en llevar a cabo la fotosíntesis artificial en un estudio dirigido por Peidong Yang. profesor de la Facultad de Química de UC Berkeley. Al unir nanopartículas absorbentes de luz hechas de sulfuro de cadmio (CdS) al exterior de la membrana bacteriana, los investigadores convirtieron M. thermoacetica en una pequeña máquina de fotosíntesis, convertir la luz solar y el dióxido de carbono en productos químicos útiles.

Ahora Yang y su equipo de investigadores han encontrado una mejor manera de atraer a esta bacteria hambrienta de CO2 para que sea aún más productiva. Al colocar nanoclusters de oro que absorben la luz dentro de la bacteria, han creado un sistema biohíbrido que produce un mayor rendimiento de productos químicos de lo que se demostró anteriormente. La investigación, financiado por los Institutos Nacionales de Salud, fue publicado el 1 de octubre en Nanotecnología de la naturaleza .

Para el primer modelo híbrido, M. thermoacetica-CdS, los investigadores eligieron el sulfuro de cadmio como semiconductor por su capacidad para absorber la luz visible. Pero debido a que el sulfuro de cadmio es tóxico para las bacterias, las nanopartículas tenían que estar unidas a la membrana celular "extracelularmente, "o fuera del sistema M. thermoacetica-CdS. La luz solar excita cada nanopartícula de sulfuro de cadmio para generar una partícula cargada conocida como electrón. A medida que estos electrones generados por la luz viajan a través de la bacteria, interactúan con múltiples enzimas en un proceso conocido como "reducción de CO2, "desencadenando una cascada de reacciones que eventualmente convierte el CO2 en acetato, una sustancia química valiosa para fabricar combustibles solares.

Pero dentro del modelo extracelular, los electrones terminan interactuando con otras sustancias químicas que no intervienen en la transformación del CO2 en acetato. Y como un resultado, algunos electrones se pierden y nunca llegan a las enzimas. Entonces, para mejorar lo que se conoce como "eficiencia cuántica, "o la capacidad de la bacteria para producir acetato cada vez que gana un electrón, los investigadores encontraron otro semiconductor:nanoclusters hechos de 22 átomos de oro (Au22), un material al que M. thermoacetica le dio un brillo sorprendente.

"Seleccionamos Au22 porque es ideal para absorber la luz visible y tiene el potencial de impulsar el proceso de reducción de CO2, pero no estábamos seguros de si sería compatible con la bacteria, ", Dijo Yang." Cuando los inspeccionamos bajo el microscopio, descubrimos que las bacterias estaban cargadas con estos grupos de Au22 y aún estaban felizmente vivas ".

La obtención de imágenes del sistema M. thermoacetica-Au22 se realizó en el Molecular Imaging Center de UC Berkeley.

Los investigadores también seleccionaron Au22 ¬, apodado por los investigadores como nanoclusters de oro "mágicos", por su tamaño ultrapequeño:un solo nanocluster Au22 tiene solo 1 nanómetro de diámetro, permitiendo que cada nanocluster se deslice fácilmente a través de la pared celular bacteriana.

"Al alimentar a las bacterias con nanoclusters de Au22, Hemos optimizado eficazmente el proceso de transferencia de electrones para la vía de reducción de CO2 dentro de las bacterias, como lo demuestra una eficiencia cuántica del 2,86 por ciento, o 33 por ciento más de acetato producido dentro del sistema M. thermoacetica-Au22 que el modelo CdS, "Dijo Yang.

El nanocluster de oro mágico es el último descubrimiento del laboratorio de Yang, que durante los últimos seis años se ha centrado en el uso de nanoestructuras biohíbridas para convertir CO2 en productos químicos útiles como parte de un esfuerzo continuo para encontrar asequibles, abundantes recursos para combustibles renovables, y posibles soluciones para frustrar los efectos del cambio climático.

"Próximo, nos gustaría encontrar una forma de reducir costes, mejorar la vida útil de estos sistemas biohíbridos, y mejorar la eficiencia cuántica, ", Dijo Yang." Al continuar observando el aspecto fundamental de cómo se fotoactivan los nanoclusters de oro, y siguiendo el proceso de transferencia de electrones dentro de la vía de reducción de CO2, esperamos encontrar soluciones aún mejores ".