Representación artística del biorreactor (izquierda) cargado con bacterias decoradas con sulfuro de cadmio, nanocristales absorbentes de luz (centro) para convertir la luz, agua y dióxido de carbono en productos químicos útiles (derecha). Crédito:Kelsey K. Sakimoto
La fotosíntesis proporciona energía para la gran mayoría de la vida en la Tierra. Pero clorofila, el pigmento verde que usan las plantas para cosechar la luz del sol, es relativamente ineficiente. Para permitir que los humanos capturen más energía solar que la fotosíntesis natural, los científicos han enseñado a las bacterias a cubrirse de diminutos Paneles solares de alta eficiencia para producir compuestos útiles.
Los investigadores están presentando su trabajo hoy en la 254ª Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Química Estadounidense (ACS).
"En lugar de depender de la clorofila ineficaz para cosechar la luz solar, Le enseñé a las bacterias cómo crecer y cubrir sus cuerpos con diminutos nanocristales semiconductores, "dice Kelsey K. Sakimoto, Doctor., que llevó a cabo la investigación en el laboratorio de Peidong Yang, Doctor. "Estos nanocristales son mucho más eficientes que la clorofila y pueden cultivarse a una fracción del costo de los paneles solares fabricados".
Los seres humanos buscan cada vez más encontrar alternativas a los combustibles fósiles como fuentes de energía y materias primas para la producción química. Muchos científicos han trabajado para crear sistemas fotosintéticos artificiales para generar energía renovable y químicos orgánicos simples utilizando la luz solar. Se ha avanzado pero los sistemas no son lo suficientemente eficientes para la producción comercial de combustibles y materias primas.
Investigación en el laboratorio de Yang en la Universidad de California, Berkeley, donde Sakimoto obtuvo su doctorado, se centra en aprovechar los semiconductores inorgánicos que pueden captar la luz solar hacia organismos como las bacterias, que luego pueden utilizar la energía para producir sustancias químicas útiles a partir del dióxido de carbono y el agua. "El objetivo de la investigación en mi laboratorio es esencialmente 'sobrecargar' las bacterias no fotosintéticas proporcionándoles energía en forma de electrones de semiconductores inorgánicos, como el sulfuro de cadmio, que son absorbentes de luz eficientes, ", Dice Yang." Ahora estamos buscando absorbentes de luz más benignos que el sulfuro de cadmio para proporcionar a las bacterias energía de la luz ".
Sakimoto trabajó con un bacteria no fotosintética, Moorella termoacética , cuales, como parte de su respiración normal, produce ácido acético a partir de dióxido de carbono (CO 2 ). El ácido acético es un producto químico versátil que se puede convertir fácilmente en varios combustibles, polímeros, productos farmacéuticos y productos químicos básicos a través de servicios complementarios, Bacterias modificadas genéticamente.
Cuando Sakimoto alimentó con cadmio y el aminoácido cisteína, que contiene un átomo de azufre, a las bacterias, sintetizaron nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS), que funcionan como paneles solares en sus superficies. El organismo híbrido, M. thermoacetica -CdS, produce ácido acético a partir de CO 2 , agua y luz. "Una vez cubiertos con estos diminutos paneles solares, las bacterias pueden sintetizar alimentos, combustibles y plásticos, todos usando energía solar, "Dice Sakimoto." Estas bacterias superan la fotosíntesis natural ".
Las bacterias operan con una eficiencia de más del 80 por ciento, y el proceso es autorreplicante y autorregenerativo, haciendo de esta una tecnología de desperdicio cero. "La biología sintética y la capacidad de ampliar el alcance del producto de CO 2 La reducción será crucial para posicionar esta tecnología como reemplazo, o uno de los muchos reemplazos, para la industria petroquímica, "Dice Sakimoto.
Entonces, ¿Tienen potencial comercial los híbridos inorgánico-biológicos? "¡Seguro espero eso!" él dice. "Muchos sistemas actuales de fotosíntesis artificial requieren electrodos sólidos, que es un costo enorme. Nuestros biocombustibles de algas son mucho más atractivos, como todo el CO 2 -to-aparato químico es autónomo y solo requiere una gran tina al sol ". Pero señala que el sistema aún requiere algunos ajustes para sintonizar tanto el semiconductor como las bacterias. También sugiere que es posible que el bacterias híbridas que creó pueden tener algún análogo natural ". Una dirección futura, si este fenómeno existe en la naturaleza, sería bioprospectar estos organismos y ponerlos en uso, " él dice.
