El mundo natural tiene su propia red eléctrica, formada por una red global de diminutos nanocables generados por bacterias del suelo y los océanos que respiran exhalando el exceso de electrones.
En un nuevo estudio, un equipo de investigadores de la Universidad de Yale descubrió que la luz es un sorprendente aliado para fomentar esta actividad electrónica dentro de las bacterias del biofilm. Al exponer a la luz los nanocables producidos por las bacterias, descubrieron que la conductividad eléctrica se multiplicaba por 100.
Hace más de dos décadas que se incorporan células vivas con puntos cuánticos y nanoestructuras para el etiquetado fluorescente y la administración de fármacos.
Sin embargo, las nanoestructuras que absorben la luz no se han utilizado para impulsar reacciones catalíticas en el interior de las células debido a la falta de biocompatibilidad y a la elevada citotoxicidad de los materiales extraños en el interior de la célula, lo que suele limitar la eficacia operativa.
El resultado podría aportar nuevas ideas para que los científicos busquen formas de explotar esta corriente eléctrica oculta con diversos fines, desde la eliminación de residuos biológicos hasta la creación de nuevas fuentes de combustible renovables.
Es habitual que todos los seres vivos respiren oxígeno para deshacerse del exceso de electrones al convertir los nutrientes en energía. Sin embargo, sin acceso al oxígeno, las bacterias del suelo que viven en las profundidades de los océanos o enterradas bajo tierra han desarrollado, a lo largo de miles de millones de años, una forma de respirar «respirando minerales«, como si bucearan, a través de diminutos filamentos de proteínas llamados nanocables.
Los investigadores descubrieron que cuando estas bacterias se exponían a la luz, la corriente eléctrica aumentaba sorprendentemente. Esto se debe a que la mayoría de las bacterias analizadas existen en las profundidades del suelo, lejos del alcance de la luz.
En el nuevo estudio, un equipo de Yale dirigido por el investigador postdoctoral Jens Neu y la estudiante de posgrado Catharine Shipps concluyó que una proteína que contiene metales, conocida como citocromo OMC, que compone los nanocables bacterianos, actúa como un fotoconductor natural. Los nanocables facilitan enormemente la transferencia de electrones cuando las biopelículas se exponen a la luz.
Se trata de una forma completamente diferente de fotosíntesis. Aquí, la luz acelera la respiración de las bacterias gracias a la rápida transferencia de electrones entre los nanocables.
Nikhil Malvankar, autor principal.
Los investigadores están estudiando ahora cómo podría utilizarse este conocimiento de la conductividad eléctrica bacteriana para estimular el crecimiento de la optoelectrónica y capturar el metano, un gas de efecto invernadero conocido por su importante contribución al cambio climático.
Vía yale.edu
Referencias: Neu, J., Shipps, C.C., Guberman-Pfeffer, M.J. et al. Microbial biofilms as living photoconductors due to ultrafast electron transfer in cytochrome OmcS nanowires. Nat Commun 13, 5150 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32659-5
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