Cómo entrenar a tu bacteria

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Artículo publicado por Lynn Yarris el 1 de enero de 2016 en Berkeley Lab

Científicos del Berkeley Lab enseñan a una bacteria un nuevo truco para realizar una fotosíntesis artificial.

Que tomen nota los entrenadores de perros, caballos, y otros animales: se ha logrado que una bacteria, llamada Moorella thermoacetica, realice un único truco, pero es uno extraordinario. Investigadores del Berkeley Lab están usando a M. thermoacetica para realizar la fotosíntesis – a pesar de no ser fotosintética – y también para sintetizar nanopartículas semiconductoras en un sistema fotosintético híbrido artificial para convertir la luz solar en valiosos productos químicos.

Cultivo de Moorella thermoacetica

Cultivo de Moorella thermoacetica

“Hemos demostrado el primer caso de auto-fotosensibilización de una bacteria no fotosintética, M. thermoacetica, con nanopartículas de sulfuro de cadmio para producir ácido acético a partir de dióxido de carbono, con una eficiencia comparable, o incluso superior, a las capacidades naturales de la fotosíntesis”, comenta Peidong Yang, químico de la División de Ciencias de los Materiales en el Berkeley Lab, que dirigió el estudio.

“El sistema de fotosíntesis artificial híbrido usando bacterias y semiconductores inorgánicos que hemos creado, se autorreplica a través de la bioprecipitación de las nanopartículas de sulfuro de cadmio, el cual actúa como recolector de la luz para mantener el metabolismo celular”, explica Yang. “Demostrar esta capacidad propia de un cyborg de aumentar la funcionalidad de un sistema biológico usando química inorgánica abre la puerta a la integración de componentes bióticos y abióticos en la próxima generación de tecnologías de conversión solar a química”.

Yang, que también ostenta cargos en la Universidad de California en Berkeley y el Instituto Kavli de Nanociencia para la Energía (Kavli-ENSI) en Berkeley, es el autor principal del artículo que describe esta investigación en la revista Science. El artículo, se titula Self-photosensitization of non-photosynthetic bacteria for solar-to-chemical production”, y tiene como coautores a Kelsey Sakimoto y Andrew Barnabas Wong.

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual la naturaleza aprovecha la luz solar y usa la energía del Sol para sintetizar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y el agua. Se han explorado versiones artificiales de la fotosíntesis buscando una producción sostenible, limpia, y ecológica de productos químicos que ahora se fabrican a partir del petróleo, principalmente combustibles y plásticos. Yang y su grupo de investigación han estado a la vanguardia del desarrollo de tecnologías fotosintéticas artificiales que pueden hacer realidad el potencial de la síntesis solar-química.

“En nuestro último estudio, combinamos el alto rendimiento en el aprovechamiento de la luz solar de un semiconductor inorgánico, con la gran especificidad, bajo coste, y capacidad de autorreplicación, y autorreparación de un biocatalizador”, señala Yang. “Al inducir la auto-fotosensibilización de M. thermoacetica usando nanopartículas de sulfuro de cadmio, permitimos la fotosíntesis del ácido acético a partir de dióxido de carbono a lo largo de varios días con sus ciclos de luz y oscuridad a una tasa relativamente alta, demostrado una ruta de autorreplicación hacia la reducción solar a química del dióxido de carbono”.

El sulfuro de cadmio es un semiconductor muy estudiado con una estructura de banda que es adecuada para la fotosíntesis. Tanto como “electrógrafo” (lo que significa que puede realizar transferencia directa de electrones desde un electrodo), como “acetógeno” (lo que significa que puede dirigir casi el 90 por ciento de sus productos fotosintéticos hacia el ácido acético), M. thermoacetica sirve como el organismo modelo ideal para demostrar las capacidades de este sistema fotosintético híbrido artificial.

“Nuestro sistema híbrido combina lo mejor de ambos mundos: la capacidad de aprovechar la luz de los semiconductores junto al poder catalítico de la biología”, comenta Yang. “En este estudio, hemos demostrado no sólo que los biomateriales pueden tener la calidad suficiente para llevar a cabo una fotoquímica útil, sino que, en cierto modo, pueden ser incluso más ventajosos en aplicaciones biológicas”.

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