Uma nova pesquisa da Universidade de Washington em St. Louis explica os processos celulares que permitem a um micróbio amante do sol "comer" eletricidade - transferindo elétrons para fixar o dióxido de carbono para alimentar seu crescimento.

Liderado por Arpita Bose, professor assistente de biologia em artes e ciências, e Michael Guzman, um Ph.D. candidata em seu laboratório, uma equipe da Universidade de Washington mostrou como uma cepa natural de Rhodopseudomonas palustris absorve elétrons de substâncias condutoras como óxidos de metal ou ferrugem. O trabalho é descrito em artigo de 22 de março na revista. Nature Communications .

O estudo baseia-se na descoberta anterior de Bose de que R. palustris TIE-1 pode consumir elétrons de proxies de ferrugem, como eletrodos posicionados, um processo denominado captação extracelular de elétrons. R. palustris é fototrófico, o que significa que ele usa a energia da luz para realizar certos processos metabólicos. A nova pesquisa explica os sumidouros celulares onde este micróbio despeja os elétrons que ingere da eletricidade.

"Isso mostra claramente, pela primeira vez, como essa atividade - a capacidade do organismo de comer eletricidade - está conectada à fixação de dióxido de carbono, "disse Bose, um Packard Fellow que estuda o metabolismo microbiano e sua influência no ciclo biogeoquímico.

Este conhecimento mecanístico pode ajudar a informar os esforços para aproveitar a capacidade natural do micróbio para armazenamento de energia sustentável ou outras aplicações de bioenergia - um potencial que chamou a atenção do Departamento de Energia e do Departamento de Defesa.

" R. palustris cepas podem ser encontradas em lugares selvagens e exóticos, como uma ponte enferrujada em Woods Hole, Massachusetts, de onde TIE-1 foi isolado, "Bose disse." Sério, você pode encontrar esses organismos em todos os lugares. Isso sugere que a captação de elétrons extracelulares pode ser muito comum. "

Guzman acrescentou:"O principal desafio é que é um anaeróbio, então você precisa cultivá-lo em um ambiente que não tenha oxigênio para que ele colete a energia da luz. Mas o outro lado disso é que esses desafios são enfrentados com muita versatilidade neste organismo que muitos outros organismos não têm. "

Em seu novo jornal, os pesquisadores mostraram que os elétrons da eletricidade entram nas proteínas da membrana que são importantes para a fotossíntese. Surpreendentemente, quando eles apagaram a capacidade do micróbio de fixar dióxido de carbono, eles observaram uma redução de 90% em sua capacidade de consumir eletricidade.

"Ele realmente quer consertar o dióxido de carbono usando este sistema, "Bose disse." Se você tirar essa habilidade inata, ela simplesmente não vai pegar elétrons de jeito nenhum. "

Ela disse que a reação é semelhante em alguns aspectos a uma bateria recarregável.

"O micróbio usa eletricidade para carregar sua piscina redox, armazenando os elétrons e tornando-os altamente reduzidos, "Bose disse." Para descarregá-lo, a célula reduz o dióxido de carbono. A energia para tudo isso vem da luz solar. Todo o processo continua se repetindo, permitindo que a célula faça biomoléculas com nada mais do que eletricidade, dióxido de carbono e luz solar. "

Uma equipe totalmente formada pela Washington University superou uma série de obstáculos técnicos para concluir este estudo. Mark Meacham, da Escola de Engenharia McKelvey, ajudou a projetar e fabricar os dispositivos microfluídicos que permitiram aos pesquisadores aprimorar as atividades que ocorriam nas células enquanto as bactérias se alimentavam de fontes de eletricidade. A equipe também contou com o apoio de colaboradores, incluindo David Fike no departamento de ciências terrestres e planetárias, que ajudou Bose e Guzman a usar espectrometria de massa de íons secundários para determinar como o micróbio usa dióxido de carbono.

A nova pesquisa responde a questões científicas básicas e oferece muitas oportunidades para futuras aplicações de bioenergia.

"Por muito tempo, as pessoas sabem que os micróbios podem interagir com análogos de eletrodos no ambiente, isto é, minerais que também são carregados, "Guzman disse." Mas ninguém realmente apreciou como esse processo também pode ser feito por fotoautotróficos, como esses tipos de organismos que fixam seu próprio carbono e usam a luz para produzir energia. Esta pesquisa preenche uma lacuna pouco compreendida na área. "

O laboratório de Bose está trabalhando no uso desses micróbios para fazer bioplásticos e biocombustíveis.

"Esperamos que esta capacidade de combinar eletricidade e luz para reduzir o dióxido de carbono possa ser usada para ajudar a encontrar soluções sustentáveis ​​para a crise de energia, "Bose disse.