p Viver em condições extremas requer adaptações criativas. Para certas espécies de bactérias que existem em ambientes privados de oxigênio, isso significa encontrar uma maneira de respirar que não envolva oxigênio. Esses micróbios resistentes, que podem ser encontrados nas profundezas das minas, no fundo dos lagos, e mesmo no intestino humano, desenvolveram uma forma única de respiração que envolve excretar e bombear elétrons. Em outras palavras, esses micróbios podem realmente produzir eletricidade. p Cientistas e engenheiros estão explorando maneiras de aproveitar essas usinas de energia microbiana para operar células de combustível e purificar a água de esgoto, entre outros usos. Mas determinar as propriedades elétricas de um micróbio tem sido um desafio:as células são muito menores do que as células de mamíferos e extremamente difíceis de crescer em condições de laboratório.

p Agora, os engenheiros do MIT desenvolveram uma técnica microfluídica que pode processar rapidamente pequenas amostras de bactérias e avaliar uma propriedade específica que está altamente correlacionada com a capacidade das bactérias de produzir eletricidade. Dizem que esta propriedade, conhecido como polarizabilidade, pode ser usado para avaliar a atividade eletroquímica de uma bactéria de uma forma mais segura, maneira mais eficiente em comparação com as técnicas atuais.

p "A visão é escolher os candidatos mais fortes para fazer as tarefas desejáveis ​​que os humanos querem que as células façam, "diz Qianru Wang, um pós-doutorado no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.

p "Há um trabalho recente sugerindo que pode haver uma gama muito mais ampla de bactérias com propriedades [de produção de eletricidade], "adiciona Cullen Buie, professor associado de engenharia mecânica no MIT. "Assim, uma ferramenta que permite sondar esses organismos pode ser muito mais importante do que pensávamos. Não é apenas um pequeno punhado de micróbios que pode fazer isso. "

p Buie e Wang publicaram seus resultados hoje em Avanços da Ciência .

p Apenas entre sapos

p As bactérias que produzem eletricidade o fazem gerando elétrons dentro de suas células, em seguida, a transferência desses elétrons através de suas membranas celulares por meio de minúsculos canais formados por proteínas de superfície, em um processo conhecido como transferência de elétrons extracelular, ou EET.

p As técnicas existentes para sondar a atividade eletroquímica das bactérias envolvem o crescimento de grandes lotes de células e a medição da atividade das proteínas EET - um método meticuloso, processo demorado. Outras técnicas requerem a ruptura de uma célula para purificar e sondar as proteínas. Buie procurou um mais rápido, método menos destrutivo para avaliar a função elétrica das bactérias.

p Nos últimos 10 anos, seu grupo vem construindo chips microfluídicos gravados com pequenos canais, através do qual fluem amostras de microlitros de bactérias. Cada canal é comprimido no meio para formar uma configuração de ampulheta. Quando uma tensão é aplicada em um canal, a seção comprimida - cerca de 100 vezes menor que o resto do canal - pressiona o campo elétrico, tornando-o 100 vezes mais forte do que o campo circundante. O gradiente do campo elétrico cria um fenômeno conhecido como dieletroforese, ou uma força que empurra a célula contra seu movimento induzido pelo campo elétrico. Como resultado, a dieletroforese pode repelir uma partícula ou interrompê-la em seu caminho em diferentes tensões aplicadas, dependendo das propriedades da superfície da partícula.

p Pesquisadores, incluindo Buie, usaram a dieletroforese para classificar rapidamente as bactérias de acordo com as propriedades gerais, como tamanho e espécie. Desta vez, Buie se perguntou se a técnica poderia descobrir a atividade eletroquímica das bactérias - uma propriedade muito mais sutil.

p "Basicamente, pessoas estavam usando dieletroforese para separar bactérias que eram tão diferentes quanto, dizer, um sapo de um pássaro, enquanto estamos tentando distinguir entre irmãos sapos - diferenças menores, "Wang diz.

p Uma correlação elétrica

p Em seu novo estudo, os pesquisadores usaram sua configuração microfluídica para comparar várias cepas de bactérias, cada um com um diferente, atividade eletroquímica conhecida. As cepas incluíam um "tipo selvagem" ou cepa natural de bactérias que ativamente produz eletricidade em células de combustível microbianas, e várias cepas que os pesquisadores criaram geneticamente. Em geral, a equipe teve como objetivo ver se havia uma correlação entre a capacidade elétrica de uma bactéria e como ela se comporta em um dispositivo microfluídico sob uma força dieletroforética.

p A equipe fluiu muito pequena, amostras de microlitros de cada cepa bacteriana através do canal microfluídico em forma de ampulheta e lentamente aumentaram a voltagem através do canal, um volt por segundo, de 0 a 80 volts. Por meio de uma técnica de imagem conhecida como velocimetria de imagem de partícula, eles observaram que o campo elétrico resultante impulsionou as células bacterianas através do canal até que se aproximassem da seção comprimida, onde o campo muito mais forte atuou para empurrar as bactérias por meio da dieletroforese e prendê-las no lugar.

p Algumas bactérias ficaram presas em tensões aplicadas mais baixas, e outros em tensões mais altas. Wang anotou a "tensão de captura" para cada célula bacteriana, mediu o tamanho de suas células, e então usou uma simulação de computador para calcular a polarizabilidade de uma célula - quão fácil é para uma célula formar dipolos elétricos em resposta a um campo elétrico externo.

p De seus cálculos, Wang descobriu que as bactérias que eram mais eletroquimicamente ativas tendiam a ter uma polarizabilidade mais alta. Ela observou essa correlação em todas as espécies de bactérias testadas pelo grupo.

p "Temos as evidências necessárias para ver que existe uma forte correlação entre a polarizabilidade e a atividade eletroquímica, "Diz Wang." Na verdade, a polarizabilidade pode ser algo que poderíamos usar como proxy para selecionar microorganismos com alta atividade eletroquímica. "

p Wang diz isso, pelo menos para as tensões que mediram, pesquisadores podem medir sua produção de eletricidade medindo sua polarizabilidade, algo que o grupo pode facilmente, eficientemente, e rastreie de forma não destrutiva usando sua técnica microfluídica.

p Os colaboradores da equipe estão atualmente usando o método para testar novas cepas de bactérias que foram recentemente identificadas como potenciais produtoras de eletricidade.

p "Se a mesma tendência de correlação representa essas cepas mais recentes, então, essa técnica pode ter uma aplicação mais ampla, na geração de energia limpa, biorremediação, e produção de biocombustíveis, "Wang diz.