Bactérias turbinadas geram eletricidade usando águas residuais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/09/2023

Frascos contendo E. coli produtora de eletricidade.
[Imagem: Jamani Caillet/EPFL]

Bactérias elétricas

A geração de eletricidade por bactérias é conhecida e pesquisada há muito tempo, já tendo sido desenvolvidas biobaterias de bactérias com uma vida útil de 100 anos.

Embora o fenômeno seja promissor para várias aplicações, seu uso mais amplo tropeça no fato de que as bactérias tipicamente produzem pouca energia.

Mas Mohammed Mouhib e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, mostraram que dá para melhor essa eficiência, e melhorar muito. E, melhor ainda, dá para tirar proveito da biogeração de eletricidade usando bactérias comuns, como a Escherichia coli.

"Embora existam micróbios exóticos que produzem eletricidade naturalmente, eles só conseguem fazê-lo na presença de produtos químicos específicos. A E. coli pode crescer numa vasta gama de fontes, o que nos permitiu produzir eletricidade numa vasta gama de ambientes, incluindo a partir de águas residuais," disse o professor Ardemis Boghossian, coordenador da equipe. "Nós engenheiramos [geneticamente] a bactéria E. coli, o micróbio mais estudado, para gerar eletricidade."

A alimentação das bactérias a partir de águas residuais significa que o avanço pode ter frutos tanto para a bioeletrônica como a gestão de resíduos, em células de combustível microbianas, para a eletrossíntese ou mesmo como biossensores.

Esquema da rota metabólica inédita desenvolvida pela equipe.
[Imagem: Mouhib et al. - 10.1016/j.joule.2023.08.006]

E. coli turbinada

A bactéria E. coli, um elemento básico da pesquisa biológica, foi manipulada geneticamente para criar eletricidade por meio de um processo conhecido como transferência extracelular de elétrons (TEE).

Ao integrar na E. coli componentes da Shewanella oneidensis MR-1, uma bactéria famosa por gerar eletricidade, mas difícil de cultivar, os pesquisadores construíram com sucesso um caminho otimizado que abrange as membranas internas e externas da célula bacteriana. A criação de uma via completa de TEE dentro da E. coli é um feito nunca realizado antes, além do que esta nova rota superou abordagens parciais anteriores, levando a um aumento de três vezes na geração de corrente elétrica em comparação com estratégias convencionais.

Os experimentos mostraram um aumento de 54% na transferência de elétrons pela E. coli modificada. "O maior aprimoramento foi observado para a E. coli expressando a via Mtr completa da S. oneidensis, que consiste na membrana interna CymA, do pequeno citocromo tetraheme periplasmático (STC) e do complexo Mtr da membrana externa. Esta cepa projetada apresenta um aumento de 3 vezes na geração de corrente em comparação com o controle de vetor vazio, e um aumento de 2 vezes em comparação com a cepa de bioengenharia de última geração, compreendendo apenas os complexos Mtr e CymA," escreveu a equipe.

O resultado são "micróbios elétricos" altamente eficientes, capazes de produzir eletricidade enquanto metabolizam uma variedade de substratos orgânicos, como águas residuais liberadas após o uso doméstico ou industrial. A equipe testou suas bactérias inclusive em águas liberadas por uma cervejaria. "Os micróbios elétricos exóticos nem sequer foram capazes de sobreviver, enquanto as nossas bactérias elétricas produzidas pela bioengenharia foram capazes de florescer exponencialmente alimentando-se destes resíduos," contou Boghossian.

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