Una nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis explica los procesos celulares que permiten a un microbio amante del sol “comer” electricidad: transferir electrones para reparar el dióxido de carbono para alimentar su crecimiento.
Dirigido por Arpita Bose , profesora asistente de biología en Artes y Ciencias, y Michael Guzman, candidata a doctorado en su laboratorio, un equipo de la Universidad de Washington demostró cómo una cepa natural de Rhodopseudomonas palustrisabsorbe electrones de sustancias conductoras como óxidos metálicos o óxido. El trabajo está descrito en la revista Nature Communications .
El estudio se basa en el descubrimiento previo de Bose de que R. palustris TIE-1 puede consumir electrones provenientes de proxies de óxido como los electrodos en equilibrio , 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 descarga los electrones que consume de la electricidad.
“Por primera vez, muestra claramente cómo esta actividad, la capacidad del organismo para comer electricidad, está conectada a la fijación de dióxido de carbono”, dijo Bose, un miembro de Packard que estudia los metabolismos microbianos y su influencia en el ciclo biogeoquímico.
“Las cepas de R. palustris se pueden encontrar en lugares exóticos y salvajes 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 extracelular podría ser muy común “.
En su nuevo artículo, los investigadores mostraron que los electrones de la electricidad entran en las proteínas de la membrana que son importantes para la fotosíntesis. Sorprendentemente, cuando eliminaron la capacidad del microbio para reparar el dióxido de carbono, observaron una reducción del 90 por ciento en su capacidad para consumir electricidad.
“Realmente quiere arreglar el dióxido de carbono usando este sistema”, dijo Bose. “Si lo quitas, esta habilidad innata, simplemente no quiere tomar electrones en absoluto”.
Ella dijo que la reacción es similar en algunos aspectos a una batería recargable.
“El microbio usa la electricidad para cargar su piscina redox, almacenando los electrones y reduciéndolos”, dijo Bose. “Para descargarlo, la célula reduce el dióxido de carbono. La energía para todo esto proviene de la luz solar. Todo el proceso se repite, permitiendo que la célula produzca biomoléculas con nada más que electricidad, dióxido de carbono y luz solar “.
La nueva investigación responde preguntas de ciencia básica y brinda muchas oportunidades para futuras aplicaciones de bioenergía.
“Durante mucho tiempo, las personas han sabido que los microbios pueden interactuar con los análogos de los electrodos en el medio ambiente, es decir, los minerales que también están cargados”, dijo Guzmán. “Pero nadie realmente apreció cómo los fotoautótrofos podrían hacer este proceso, como estos tipos de organismos que fijan su propio carbono y usan la luz para generar energía. Esta investigación llena una brecha mal entendida en el campo “.
El laboratorio de Bose está trabajando en el uso de estos microbios para hacer bioplásticos y biocombustibles.
“Esperamos que esta capacidad de combinar electricidad y luz para reducir el dióxido de carbono se pueda usar para ayudar a encontrar soluciones sostenibles a la crisis energética”, dijo Bose.