I batteri ingegnerizzati immagazzinano energia rinnovabile

1 settembre 2021Recensito da Alex Smith

ingegnere biologico da Università CornellBuz Barstow, PhD ’09, sta lavorando al problema dello sviluppo di un sistema ecologico, a basso costo e su larga scala per immagazzinare e recuperare energia da fonti di energia rinnovabile come l’energia solare ed eolica.

Al momento non sono disponibili metodi sostenibili per immagazzinare energia verde. Va notato che le batterie sono tossiche per l’ambiente.

chiamati batteri Shewanella oneidensis Offre una soluzione a questo problema. Il microbo è in grado di assorbire elettroni nel processo metabolico e utilizzare l’energia per generare i precursori necessari per “fissare” il carbonio. Questo di solito accade quando le piante o gli organismi assorbono carbonio dall’anidride carbonica₂ Viene aggiunto a una molecola organica, solitamente zucchero.

Barstow sta sviluppando nuovi batteri che fanno un ulteriore passo avanti utilizzando molecole precursori per produrre molecole organiche, come i biocarburanti.

Lo studio, intitolato “Identificazione di una via di assorbimento degli elettroni in Shewanella oneidensis”, è stato pubblicato sulla rivista Biologia della comunicazionee L’11 agosto^NS, 2021. Lo studio descrive, per la prima volta, un meccanismo in Shewanella che consente ai microbi di assorbire energia nel loro sistema per l’uso nel metabolismo.

Ci sono solo pochissimi microbi che possono effettivamente immagazzinare elettricità rinnovabile.

Booz Barstow, autore senior dello studio e assistente professore di ingegneria biologica e ambientale, College of Agriculture and Life Sciences

Secondo Barstow, meno microbi sono in grado di fissare l’anidride carbonica₂.

Ha aggiunto, “Vogliamo farne uno. E per farlo, dobbiamo sapere quali geni sono coinvolti nell’introduzione di elettroni nella cellula. “

Il ricercatore ha utilizzato un metodo chiamato “Knockout Sudoku”. Questa tecnologia è stata sviluppata da Barstow e dal team per facilitare la distruzione dei geni uno per uno, per determinarne le funzioni.

Abbiamo trovato molti dei geni che già conoscevamo per far uscire gli elettroni dalla cellula, che sono anche coinvolti nel far entrare gli elettroni. Poi abbiamo anche scoperto questo set di geni completamente nuovo che nessuno aveva mai visto prima e che ha bisogno di portare gli elettroni nella cellula..

Booz Barstow, autore senior dello studio e assistente professore di ingegneria biologica e ambientale, College of Agriculture and Life Sciences

La prima autrice Annette Rowe, Ph.D. ’11, assistente professore di microbiologia presso l’Università di Cincinnati, ha scoperto che il percorso facilitato da questi geni per il trasferimento di elettroni al metabolismo di Shewanella.

È stato osservato che il percorso per convertire l’anidride carbonica in zuccheri e infine in biocarburanti è altamente efficiente. Può anche essere migliorato e reso meno costoso da utilizzare.

I ricercatori hanno identificato gli stessi geni in diversi generi di batteri, portandoli a sospettare che prima che la vita sulla Terra sviluppasse la fotosintesi, i batteri potrebbero aver utilizzato un processo metabolico simile che utilizza gli elettroni del ferro ossidato per estrarre il carbonio dall’anidride carbonica per produrre zucchero.

Quando costruiremo un microbo che può mangiare elettroni, cosa che stiamo facendo ora, integrerà quei geni.

Booz Barstow, autore senior dello studio e assistente professore di ingegneria biologica e ambientale, College of Agriculture and Life Sciences

Barstow sta cercando di iniziare ad aggiungere geni a lui Escherichia coliÈ un batterio altamente analizzato e facile da trattare. I batteri ingegnerizzati alimentati da elettroni aprono la strada all’utilizzo di energia rinnovabile per produrre biocarburanti, prodotti chimici, cibo e sequestro del carbonio.

I coautori dello studio sono Farshid Selimigazi, uno studente di dottorato nel laboratorio di Barstow. Leah Truchel, dottoranda nel laboratorio di Rowe; e Michael Baim, assistente professore di informatica biomedica all’Università di Harvard.

Lo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Burroughs Welcome Fund, dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dall’Ufficio per la ricerca scientifica dell’aeronautica statunitense.

Riferimento alla rivista:

Rowe, Arkansas, e altri. (2021) Determinare il percorso per l’assorbimento degli elettroni in Shewanella oneidensis. Biologia della comunicazione. doi.org/10.1038/s42003-021-02454-x.

Fonte: https://www.cornell.edu/