Uma bactéria chamada Moorella thermoacetica não funciona de graça. Mas os pesquisadores da UC Berkeley descobriram que ela tem apetite por ouro. E em troca deste tratamento especial, a bactéria revelou um caminho mais eficiente para a produção de combustíveis solares por meio da fotossíntese artificial.

M. thermoacetica fez sua estreia como a primeira bactéria não fotossensível a realizar fotossíntese artificial em um estudo liderado por Peidong Yang, um professor na Faculdade de Química da UC Berkeley. Ao anexar nanopartículas de absorção de luz feitas de sulfeto de cádmio (CdS) ao exterior da membrana bacteriana, os pesquisadores transformaram M. thermoacetica em uma pequena máquina de fotossíntese, converter luz solar e dióxido de carbono em produtos químicos úteis.

Agora Yang e sua equipe de pesquisadores descobriram uma maneira melhor de fazer com que essa bactéria faminta por CO2 seja ainda mais produtiva. Ao colocar nanoclusters de ouro que absorvem luz dentro da bactéria, eles criaram um sistema biohíbrido que produz um rendimento maior de produtos químicos do que o demonstrado anteriormente. A pesquisa, financiado pelo National Institutes of Health, foi publicado em 1º de outubro em Nature Nanotechnology .

Para o primeiro modelo híbrido, M. thermoacetica-CdS, os pesquisadores escolheram o sulfeto de cádmio como semicondutor por sua capacidade de absorver luz visível. Mas porque o sulfeto de cádmio é tóxico para as bactérias, as nanopartículas tiveram que ser anexadas à membrana celular "extracelularmente, "ou fora do sistema M. thermoacetica-CdS. A luz solar excita cada nanopartícula de sulfeto de cádmio para gerar uma partícula carregada conhecida como elétron. À medida que esses elétrons gerados pela luz viajam através da bactéria, eles interagem com várias enzimas em um processo conhecido como "redução de CO2, "desencadeando uma cascata de reações que eventualmente transforma o CO2 em acetato, um produto químico valioso para a fabricação de combustíveis solares.

Mas dentro do modelo extracelular, os elétrons acabam interagindo com outras substâncias químicas que não participam da transformação do CO2 em acetato. E como resultado, alguns elétrons são perdidos e nunca alcançam as enzimas. Então, para melhorar o que é conhecido como "eficiência quântica, "ou a capacidade da bactéria de produzir acetato cada vez que ganha um elétron, os pesquisadores encontraram outro semicondutor:nanoclusters feitos de 22 átomos de ouro (Au22), um material que a M. thermoacetica deu um brilho surpreendente.

"Selecionamos Au22 porque é ideal para absorver luz visível e tem potencial para conduzir o processo de redução de CO2, mas não tínhamos certeza se seria compatível com a bactéria, "Disse Yang." Quando os inspecionamos ao microscópio, descobrimos que as bactérias estavam carregadas com esses aglomerados de Au22 - e ainda estavam vivas. "

A imagem do sistema M. thermoacetica-Au22 foi feita no Molecular Imaging Center da UC Berkeley.

Os pesquisadores também selecionaram Au22 ¬- apelidado pelos pesquisadores de nanoclusters "mágicos" de ouro - por seu tamanho ultrapequeno:um único nanocluster Au22 tem apenas 1 nanômetro de diâmetro, permitindo que cada nanocluster deslize facilmente através da parede celular bacteriana.

"Ao alimentar bactérias com nanoclusters Au22, simplificamos efetivamente o processo de transferência de elétrons para a via de redução de CO2 dentro das bactérias, como evidenciado por uma eficiência quântica de 2,86 por cento - ou 33 por cento mais acetato produzido dentro do sistema M. thermoacetica-Au22 do que o modelo CdS, "Yang disse.

O nanocluster de ouro mágico é a mais recente descoberta do laboratório de Yang, que, nos últimos seis anos, tem se concentrado no uso de nanoestruturas biohíbridas para converter CO2 em produtos químicos úteis como parte de um esforço contínuo para encontrar preços acessíveis, recursos abundantes para combustíveis renováveis, e soluções potenciais para impedir os efeitos das mudanças climáticas.

"Próximo, gostaríamos de encontrar uma maneira de reduzir custos, melhorar a vida útil desses sistemas biohíbridos, e melhorar a eficiência quântica, "Disse Yang." Continuando a olhar para o aspecto fundamental de como os nanoaglomerados de ouro estão sendo fotoativados, e seguindo o processo de transferência de elétrons dentro da via de redução de CO2, esperamos encontrar soluções ainda melhores. "