Una nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis explica los procesos celulares que permiten que un microbio amante del sol "coma" electricidad, transfiriendo electrones para fijar el dióxido de carbono para impulsar su crecimiento.

Dirigido por Arpita Bose, profesor asistente de biología en Artes y Ciencias, y Michael Guzman, un doctorado candidata en su laboratorio, un equipo de la Universidad de Washington mostró cómo una cepa de origen natural Rhodopseudomonas palustris absorbe electrones de sustancias conductoras como óxidos metálicos u óxido. El trabajo se describe en un artículo del 22 de marzo en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

El estudio se basa en el descubrimiento anterior de Bose de que R. palustris TIE-1 puede consumir electrones de proxies de óxido como electrodos equilibrados, un proceso llamado captación extracelular de electrones. R. palustris es fototrófico, lo que significa que utiliza energía de la luz para llevar a cabo ciertos procesos metabólicos. La nueva investigación explica los sumideros celulares donde este microbio vierte los electrones que ingiere de la electricidad.

"Muestra claramente por primera vez cómo esta actividad, la capacidad del organismo de ingerir electricidad, está relacionada con la fijación de dióxido de carbono, "dijo Bose, un miembro de Packard que estudia los metabolismos microbianos y su influencia en el ciclo biogeoquímico.

Este conocimiento mecanicista puede ayudar a informar los esfuerzos para aprovechar la capacidad natural del microbio para el almacenamiento de energía sostenible u otras aplicaciones de bioenergía, un potencial que ha llamado la atención del Departamento de Energía y el Departamento de Defensa.

" R. palustris cepas se pueden encontrar en lugares salvajes y exóticos como un puente oxidado en Woods Hole, Massachusetts, donde se aisló TIE-1, "Dijo Bose." Realmente, puedes encontrar estos organismos en todas partes. Esto sugiere que la captación de electrones extracelulares podría ser muy común ".

Guzmán agregó:"El principal desafío es que es un anaerobio, por lo que debe cultivarlo en un entorno que no tenga oxígeno para que pueda recolectar energía lumínica. Pero la otra cara de la moneda es que esos desafíos se enfrentan con mucha versatilidad en este organismo que muchos otros organismos no tienen ".

En su nuevo periódico, Los investigadores demostraron que los electrones de la electricidad entran en proteínas de la membrana que son importantes para la fotosíntesis. Asombrosamente, cuando eliminaron la capacidad del microbio para fijar dióxido de carbono, observaron una reducción del 90 por ciento en su capacidad para consumir electricidad.

"Realmente quiere reparar el dióxido de carbono con este sistema, "Dijo Bose." Si le quitas esta habilidad innata, simplemente no quiere tomar electrones en absoluto ".

Dijo que la reacción es similar en algunos aspectos a una batería recargable.

"El microbio usa electricidad para cargar su piscina redox, almacenar los electrones y hacerlo muy reducido, "Dijo Bose." Para descargarlo, la celda reduce el dióxido de carbono. La energía para todo esto proviene de la luz solar. Todo el proceso sigue repitiéndose, permitir que la célula produzca biomoléculas con nada más que electricidad, dióxido de carbono y luz solar ".

Un equipo de la Universidad de Washington superó una serie de obstáculos técnicos para completar este estudio. Mark Meacham de la Escuela de Ingeniería McKelvey ayudó a diseñar y fabricar los dispositivos de microfluidos que permitieron a los investigadores concentrarse en las actividades que tenían lugar en las células a medida que las bacterias se alimentaban de fuentes de electricidad. El equipo también contó con el apoyo de colaboradores, incluido David Fike en el departamento de ciencias terrestres y planetarias, quienes ayudaron a Bose y Guzmán a usar la espectrometría de masas de iones secundarios para determinar cómo el microbio usa el dióxido de carbono.

La nueva investigación responde a preguntas científicas básicas y brinda muchas oportunidades para futuras aplicaciones de bioenergía.

"Por mucho tiempo, la gente ha sabido que los microbios pueden interactuar con análogos de electrodos en el medio ambiente, es decir, minerales que también están cargados, ", Dijo Guzmán." Pero nadie realmente apreció cómo este proceso también podría ser realizado por fotoautótrofos, como este tipo de organismos que fijan su propio carbono y utilizan la luz para producir energía. Esta investigación llena un vacío poco entendido en el campo ".

El laboratorio de Bose está trabajando en el uso de estos microbios para fabricar bioplásticos y biocombustibles.

"Esperamos que esta capacidad de combinar electricidad y luz para reducir el dióxido de carbono pueda utilizarse para ayudar a encontrar soluciones sostenibles a la crisis energética". "Dijo Bose.