La bioingegneria trasforma i batteri E. coli in generatori di elettricità
• Un passo avanti nella bioelettronica
• Un traguardo nella bioelettronica
• Le acque reflue come terreno di gioco
• Implicazioni oltre il trattamento dei rifiuti
• Un futuro promettente per i batteri bioelettrici
Gli scienziati hanno sfruttato la bioingegneria per modificare i batteri E. coli, comunemente studiati, affinché producano elettricità. Questo lavoro innovativo, pubblicato sulla rivista Joule, evidenzia il potenziale di questi batteri in vari ambienti, in particolare nelle acque reflue.
“I batteri E. coli, i microbi più studiati, sono stati ingegnerizzati per generare elettricità”, afferma il professor Ardemis Boghossian dell’EPFL. “Sebbene esistano microbi esotici che producono naturalmente elettricità, possono farlo solo in presenza di specifici composti chimici. I batteri E. coli possono crescere su una vasta gamma di substrati, il che ci ha permesso di produrre elettricità in una vasta gamma di ambienti, comprese le acque reflue”.
Un passo avanti nella bioelettronica
I batteri E. coli, pilastro della ricerca biologica, sono stati utilizzati per creare elettricità attraverso un processo noto come trasferimento di elettroni extracellulare (EET). I ricercatori dell’EPFL hanno ingegnerizzato i batteri E. coli per esibire un EET potenziato, rendendoli “microbi elettrici” estremamente efficienti. A differenza dei metodi precedenti che richiedevano specifici composti chimici per la generazione di elettricità, i batteri E. coli bioingegnerizzati possono produrre elettricità mentre metabolizzano una varietà di substrati organici.
Un traguardo nella bioelettronica
Una delle innovazioni chiave dello studio è la creazione di un percorso EET completo all’interno di E. coli, un risultato mai raggiunto prima. Integrando componenti da Shewanella oneidensis MR-1, un batterio noto per generare elettricità, i ricercatori hanno costruito con successo un percorso ottimizzato che attraversa le membrane interne ed esterne della cellula. Questo nuovo percorso ha superato i precedenti approcci parziali, portando a un aumento di tre volte nella generazione di corrente elettrica rispetto alle strategie convenzionali.
Le acque reflue come terreno di gioco
Importante è il fatto che i batteri E. coli ingegnerizzati hanno mostrato prestazioni notevoli in vari ambienti, comprese le acque reflue raccolte da una birreria. Mentre i microbi elettrici esotici vacillavano, i batteri E. coli modificati prosperavano, dimostrando il loro potenziale per il trattamento dei rifiuti su larga scala e la produzione di energia.
“Non stiamo mettendo energia nel sistema per processare i rifiuti organici, stiamo producendo elettricità mentre processiamo i rifiuti organici allo stesso tempo – uccidendo due uccelli con una fava!” afferma Boghossian. “Abbiamo persino testato la nostra tecnologia direttamente su acque reflue che abbiamo raccolto da Les Brasseurs, una birreria locale di Losanna. I microbi elettrici esotici non sono stati nemmeno in grado di sopravvivere, mentre i nostri batteri elettrici bioingegnerizzati sono stati in grado di prosperare esponenzialmente nutrendosi di questi rifiuti”.
Implicazioni oltre il trattamento dei rifiuti
Le implicazioni dello studio vanno oltre il trattamento dei rifiuti. Essendo in grado di generare elettricità da una vasta gamma di fonti, i batteri E. coli ingegnerizzati possono essere utilizzati in celle a combustibile microbiche, elettrosintesi e biosensori, per citare solo alcune applicazioni. Inoltre, la flessibilità genetica del batterio significa che può essere personalizzato per adattarsi a specifici ambienti e substrati, rendendolo uno strumento versatile per lo sviluppo di tecnologie sostenibili.
Un futuro promettente per i batteri bioelettrici
“Il nostro lavoro è molto tempestivo, poiché i microbi bioelettrici ingegnerizzati stanno spingendo i limiti in sempre più applicazioni reali”, afferma Mouhib, l’autore principale del manoscritto. “Abbiamo stabilito un nuovo record rispetto allo stato dell’arte precedente, che si basava solo su un percorso parziale, e rispetto al microbo che è stato utilizzato in uno dei più grandi documenti recentemente pubblicati nel campo. Con tutti gli attuali sforzi di ricerca nel campo, siamo entusiasti del futuro dei batteri bioelettrici e non vediamo l’ora che noi e altri spingiamo questa tecnologia a nuove scale”.