19 de marzo de 2020 (Proyector Nanowerk) Las bacterias se asocian a menudo con condiciones indeseables de higiene y salud. La mayoría de las veces, el miedo al daño bacteriano eclipsa sus usos beneficiosos como la producción de yogur, queso, pan, vinagre y ciertas vacunas, así como su papel esencial en nuestra supervivencia al ser parte del intestino. Nuestro grupo internacional multidisciplinario de investigadores de China, Dinamarca y Turquía asume la responsabilidad de dar a las bacterias un buen nombre como fuente alternativa de energía verde. En nuestro trabajo, identificamos el potencial de usar puntos de carbono a nanoescala en Shewanella oneidensis Bacterias MR-1 para la producción de bioelectricidad aumentada.
Ilustración de la síntesis de los puntos de carbono y S. oneidensis MR-1 alimentados con puntos de carbono para mejorar la generación de bioelectricidad. (Reimpreso con permiso de Nature) (haga clic en la imagen para agrandar) Reportando nuestros hallazgos en Nature Communications ("Alimentado con puntos de carbono Shewanella oneidensis MR-1 para mejorar la bioelectricidad ”), demostramos un método novedoso para aumentar significativamente la generación de bioelectricidad bacteriana y lo aplicamos para configurar celdas de combustible microbianas. “Las celdas de combustible microbianas mejoradas pueden potencialmente usarse para ayudar en problemas relacionados con la energía mientras se superan los problemas de otras alternativas de energía verde, como la dependencia a las condiciones geográficas”, dice el profesor Miao Yu, uno de los autores chinos correspondientes del estudio del Instituto Harbin de tecnología.
Shewanella oneidensis MR-1 absorbe y reduce los iones metálicos, lo que lo convierte en un candidato ideal para el tratamiento de aguas residuales. Además, aunque reduce los iones metálicos, genera electricidad, aunque no lo suficiente. Por tanto, ha habido intentos de incrementar su producción de electricidad, por ejemplo, mediante ingeniería genética o intercalación de oligoelectrolitos. “Presumimos que, en lugar de utilizar métodos de alto costo y complejidad previamente probados, la introducción de un nanomaterial 0D biocompatible y altamente conductor con ciertos grupos funcionales de superficie puede ser más eficaz y amigable con los organismos”, explica el Prof. Yu. “Por lo tanto, alimentamos puntos de carbono S.oneidensis Microbios MR-1 que decoraron las células a un nivel extra e intracelular ". Las celdas de combustible microbianas mejoradas de S.oneidensis MR-1 demostró que el uso de puntos de carbono puede aumentar el valor máximo de corriente y la potencia de salida en ∼7.34 y 6.46 veces. Cuando vimos los primeros números, inmediatamente nos dimos cuenta del potencial único en su tipo para estudiar los orígenes de la bioelectricidad microbiana y cómo mejorarla. Las investigaciones en profundidad revelan que los puntos de carbono aumentaron la electronegatividad general de los microbios al incorporarlos en varias estructuras internas y externas. Los puntos de carbono aumentaron la adhesión celular, lo que a su vez aumentó la biomasa en el ánodo de la celda de combustible microbiana y, por lo tanto, facilitó una mejor transferencia de electrones. Nuestros resultados muestran que el núcleo de carbono altamente conductor de los puntos de carbono no solo mejoró la conductividad eléctrica sistémica general, sino que también podría aumentar la densidad de empaquetamiento de la ruta de transferencia de electrones. En los experimentos con células mutantes ΔOmcA / MtrC que carecen de componentes de la cadena de transferencia de electrones, los puntos de carbono restauraron con éxito la ruta de carga por inserción. Curiosamente, según nuestros hallazgos, la incorporación de puntos de carbono aceleró la tasa metabólica de las células y la producción de flavina, lo que a su vez aumentó la tasa de generación y transporte de electrones; sin embargo, los detalles sobre cómo siguen siendo una pregunta abierta. En nuestro estudio, los puntos de carbono se utilizan para mejorar significativamente la producción de bioelectricidad de S.oneidensis Pilas de combustible microbianas MR-1. Estos hallazgos pueden contribuir a los sistemas de energía de próxima generación, el tratamiento de aguas residuales y campos relacionados. Producir electricidad a partir de residuos no es solo una solución portátil de energía verde, sino que, en el panorama general, es fundamental para establecer una economía circular global.
Por Ast. Prof. Dr. Hüsnü Aslan, Centro Interdisciplinario de Nanociencia (iNANO), Aarhus, Dinamarca
