Bactérias alimentadas com ferro sintético contendo moléculas transformadas em geradores elétricos
Tubos de ensaio contendo cristais purificados de DSFO (Me) 4, um composto modelo utilizado no estudo. Crédito: Zachary Rengert
O mundo bacteriano está repleto de talentos incomuns, entre eles um talento para produzir eletricidade. Na natureza, bactérias "eletrogênicas" geram corrente como parte de seu metabolismo, e agora pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Barbara (UCSB), encontraram uma maneira de conferir essa habilidade às bactérias não-eletrógenas. Esta técnica poderia ter aplicações para geração de eletricidade sustentável e tratamento de águas residuais, os investigadores reportaram em 9 de fevereiro na revista Chem.
"O conceito aqui é que se fecharmos a tampa do tanque de tratamento de águas residuais e depois dermos às bactérias um eletrodo, eles podem produzir eletricidade enquanto limpam a água", diz o co-primeiro autor Zach Rengert, um estudante de química da UCSB. "E a quantidade de eletricidade que produzem nunca alimentará nada muito grande, mas pode compensar o custo da limpeza da água".
As bactérias que inspiraram este estudo, Shewanella oneidensis MR-1, vivem em ambientes livres de oxigênio e podem respirar minerais metálicos e eletrodos - em vez de ar - através de proteínas condutoras de corrente em suas membranas celulares. A maioria de espécies bacterianas, entretanto, não têm tais proteínas e naturalmente não produzem a corrente. Inspirando-se nas proteínas condutoras de membrana de S. oneidensis, a equipe levantou a hipótese de que, com o tipo correto de aditivo molecular bio-compatível, essa eletrogênese poderia ser conferida a bactérias que não evoluíram para fazê-lo.
Os pesquisadores, sob a orientação do autor sênior Guillermo Bazan na UCSB, construíram uma molécula chamada DFSO +, que contém um átomo de ferro no seu núcleo. Para adicionar o DFSO + às bactérias, os pesquisadores dissolveram uma pequena quantidade do pó cor de ferrugem na água e adicionaram essa solução às bactérias. Dentro de alguns minutos, a molécula sintética encontrou seu caminho para as membranas celulares das bactérias e começou a conduzir a corrente através de seu núcleo de ferro, proporcionando um novo caminho para as bactérias para transferir elétrons de dentro para fora da célula.
Porque a forma da molécula de DFSO + espelha a estrutura das membranas de pilha, pode rapidamente deslizar nas membranas e permanecer lá confortavelmente por semanas. A abordagem pode precisar de alguns ajustes antes de serem aplicadas à geração de energia a longo prazo, dizem os pesquisadores, mas é uma descoberta inicial encorajadora.
Esta abordagem química para mudar as capacidades das bactérias provavelmente será mais barato do que as bactérias geneticamente projetadas para fazer o mesmo trabalho. "É uma estratégia totalmente diferente para a geração de energia elétrica microbiana", diz o outro co-primeiro autor, Nate Kirchhofer (@natekirchhofer), ex-aluno do UCSB e agora pesquisador pós-doutorado da Asylum Research em Santa Barbara, CA. "Antes, estávamos construindo esses dispositivos, e estávamos limitados a aperfeiçoa-los, alterando materiais e arquiteturas de reator ou usando técnicas de engenharia genética".
Os pesquisadores chamam a molécula de DFSO + de "proteína protética" porque é uma proteína não química que faz o trabalho de uma proteína. "É uma espécie de análogo a um membro protético, onde você está usando um membro de plástico que não é realmente feito de alguém do corpo", diz Rengert.
Entender como as bactérias eletrogênicas consomem combustíveis orgânicos e usar seus processos metabólicos para gerar correntes elétricas pode levar a uma tecnologia biológica de geração de eletricidade mais eficiente. "É útil ter uma molécula bem definida e bem compreendida que possamos interrogar", diz Kirchhofer. "Sabemos como é interface com as bactérias, por isso nos dá um controle eletroquímico muito preciso sobre as bactérias, embora esta molécula possa não ser a melhor que jamais existirá, é a primeira geração desse tipo de molécula".
Originalmente publicada em: Cell Press. (2017, February 9). Bacteria fed synthetic iron-containing molecules turn into electrical generators. ScienceDaily. Retrieved February 13, 2017 from www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170209133509.htm
Referência Bibliográfica:
Kirchhofer and Rengert et al. A Ferrocene-Based Conjugated Oligoelectrolyte Catalyzes Bacterial Electrode Respiration. Chem, 2017 DOI: 10.1016/j.chempr.2017.01.00
