Cientistas projetam bactérias com capacidade de gerar eletricidade
Desde 1911, quando o micologista britânico Michael Cressé Potter notou que a levedura de cerveja gerava eletricidade, os cientistas têm tentado aproveitar o poder das células de combustível microbianas.
Mas a eficiência dos pequenos “biorreatores” em brotamento tem sido muito baixa para uso prático. Além disso, acontece que os micróbios podem ser surpreendentemente exigentes em quais substratos digerem para criar eletricidade.
Agora, uma equipe de pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne (EPFL) projetou uma das espécies mais comuns de bactérias, a Escherichia coli, para gerar eletricidade a partir de águas residuais de cervejarias – e superou as cepas de bioengenharia mais recentes.
Embora existam micróbios exóticos que produzem eletricidade naturalmente, eles só podem fazê-lo na presença de produtos químicos específicos. E. coli pode crescer em uma ampla gama de fontes, o que nos permitiu produzir eletricidade em uma ampla gama de ambientes, incluindo a partir de águas residuais.
explica o autor sênior e engenheiro químico Ardemis Boghossian, da EPFL.
O estudo foi publicado no Joule.
Entendendo a pesquisa
Para aumentar a capacidade da E. coli de gerar eletricidade, os pesquisadores modificaram seu genoma para incluir instruções para complexos proteicos encontrados em Shewanella oneidensis, um dos geradores de eletricidade bacteriana mais conhecidos.
S. oneidensis produz um fluxo de elétrons quando reduz metais, um sinal elétrico que tem sido usado, por exemplo, para detectar metais tóxicos como o arsênio em sistemas protótipos.
Ao incorporar todos os componentes da via de geração de eletricidade de S. oneidensis em E. coli, Mohammed Mouhib, principal autor do estudo, Boghossian e colegas aumentaram sua eletroatividade duas vezes em comparação com cepas projetadas anteriormente (que incluíam apenas parte da via de S. oneidenis).
No entanto, esses experimentos foram feitos em uma única câmara em condições de laboratório. O verdadeiro teste para qualquer tecnologia potencial é se ela pode funcionar em ambientes industriais.
Pesquisas anteriores exploraram o uso de algas no tratamento de águas residuais de cervejarias. As cervejarias precisam processar a água que usam para lavar grãos e limpar tanques antes de descartá-la, porque ela contém uma mistura inebriante de açúcares, amidos, álcoois e leveduras que podem desencadear florações microbianas indesejáveis se descarregadas sem tratamento.
Assim, a equipe testou seu sistema de E. coli em uma amostra de águas residuais coletadas de uma cervejaria local em Lausanne, na Suíça, que as bactérias modificadas devoraram alegremente ao longo de 50 horas.
“Nossas bactérias elétricas bioprojetadas foram capazes de florescer exponencialmente alimentando-se desses resíduos“, diz Boghossian, enquanto S. oneidensis, usada como comparador, não foi capaz de digerir o efluente misto.
Isso torna a E. coli projetada muito mais adequada para o tratamento de águas residuais industriais, mesmo que seu potencial de geração de eletricidade ainda seja mais lento do que o de S. oneidensis, dizem os pesquisadores.
O apetite de E. coli por diferentes substratos químicos também significa que as bactérias projetadas poderiam ser adaptadas a outros fluxos de resíduos e matérias-primas.
De qualquer forma, os pesquisadores precisarão testar se sua E. coli modificada pode processar volumes industriais. Se assim for, poderá trazer algumas poupanças de energia consideráveis.
Em vez de colocar energia no sistema para processar resíduos orgânicos, estamos produzindo eletricidade enquanto processamos resíduos orgânicos ao mesmo tempo – atingindo dois pássaros com uma cajadada só.
diz Boghossian.
Fonte: Conteúdo traduzido e compartilhado sob licença Creative Commons do original ScienceAlert.
