Bacteriile din lumea naturală respiră exhalând electroni în exces, provocând o rețea electrică intrinsecă.
Într-un nou studiu, cercetătorii de la Universitatea Yale au descoperit că lumina ar putea supraîncărca această activitate electronică în bacteriile biofilm, producând o creștere de până la 100 de ori a conductibilității electrice, potrivit unui comunicat de presă publicat de instituție.
„Creșterile dramatice ale curentului nanofirelor expuse la lumină arată un fotocurent stabil și robust, care persistă ore întregi”, a declarat autorul principal Nikhil Malvankar, profesor asociat de Biofizică și Biochimie Moleculară la Institutul de Științe Microbiene din Yale.
Oamenii de știință caută acum să profite la maximum de această nouă descoperire și să găsească aplicații pentru aceasta, cum ar fi eliminarea deșeurilor cu risc biologic și crearea de noi surse regenerabile de combustibil. Este normal ca ființele vii să respire oxigen pentru a scăpa de electronii în exces atunci când transformă nutrienții în energie, cu toate acestea, bacteriile din sol care trăiesc adânc sub oceane sau îngropate sub pământ de miliarde de ani nu au acces la acest oxigen. Prin urmare, ele au dezvoltat o modalitate de a respira prin intermediul unor filamente de proteine minuscule numite nanofire. Oamenii de știință au descoperit că, atunci când aceste tipuri de bacterii au fost expuse la lumină, au produs o creștere substanțială și surprinzătoare a curentului electric.
„Nimeni nu știa cum se întâmplă acest lucru“, a spus Malvankar.
În noul studiu, echipa de cercetare condusă de Jens Neu și Catharine Shipps a descoperit că acest proces este alimentat de o proteină care conține metal cunoscută sub numele de citocrom OmcS (care formează nanofirele bacteriene, instrumentele pe care bacteriile le folosesc pentru a respira). OmcS acţionează în esenţă ca un fotoconductor natural facilitând transferul eficient de electroni atunci când biofilmele sunt expuse la lumină.
„Este o formă complet diferită de fotosinteză”, a spus Malvankar. „Aici, lumina accelerează respirația bacteriilor datorită transferului rapid de electroni între nanofire” a precizat el.
Acum, laboratorul lui explorează modul în care descoperirea acestei dezvoltări ar putea fi folosită pentru a stimula creșterea optoelectronicii și chiar de a capta metanul, ajutând în lupta împotriva încălzirii globale.
Acestea nu sunt singurele bacterii care au proprietăți utile, în august 2018, o echipă de microbiologi de la Universitatea de Stat din Washington a găsit bacterii în bazinul gheizerului Heart Lake din Parcul Național Yellowstone care ar putea „respira” electricitate prin trecerea electronilor către metale sau minerale din exterior. Pe măsură ce bacteriile fac schimb de electroni, ele produc un flux de electricitate care ar putea fi folosit pentru aplicații cu putere redusă. Teoretic, atâta timp cât bacteriile au combustibil, ele pot produce continuu energie.
În iunie 2022, o echipă de cercetători de la Universitatea Binghamton a găsit o modalitate de a alimenta biobaterii timp de săptămâni, folosind trei tipuri de bacterii plasate în încăperi separate.
Aceste descoperiri indică faptul că natura poate oferi multe soluții pentru unele dintre cele mai insurmontabile probleme de astăzi. Tot ce este necesar să facem este puțină cercetare și dezvoltare în direcția corectă.
Transferul de electroni microbieni indus de lumină are potențialul de a produce eficient substanțe chimice cu valoare adăugată, biocombustibili și materiale biodegradabile datorită căilor metabolice diversificate. Cu toate acestea, majoritatea microbilor nu au proteine fotoactive și necesită fotosensibilizatori sintetici care suferă de fotocoroziune, fotodegradare, citotoxicitate și generarea de radicali fotoexcitați care sunt dăunători pentru celule, limitând astfel sever performanța catalitică. Prin urmare, există o nevoie presantă de materiale fotoconductoare biocompatibile pentru o interfață electronică eficientă între microbi și electrozi.
Articol de Răzvan Lupu