Generando electricidad a partir de aguas residuales: bacterias bioingenieras producen energía.

Investigadores han bioingenierizado la bacteria E. coli ampliamente estudiada para producir electricidad. Este trabajo innovador, publicado en la revista Joule, muestra el potencial de la bacteria en diversos entornos, especialmente en aguas residuales.

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Los científicos han logrado ingenierizar con éxito la bacteria E. coli para generar electricidad, ofreciendo avances potenciales en la gestión de residuos, producción de energía y otras aplicaciones bioeléctricas.

"Hemos ingenierizado la bacteria E. coli, el microorganismo más ampliamente estudiado, para generar electricidad", dice el profesor Ardemis Boghossian en EPFL. "Aunque existen microorganismos exóticos que naturalmente producen electricidad, solo pueden hacerlo en presencia de productos químicos específicos. La E. coli puede crecer en una amplia gama de sustancias, lo que nos permitió generar electricidad en una amplia variedad de entornos, incluyendo aguas residuales".

En un artículo publicado el 8 de septiembre en la revista Joule, el equipo de Boghossian informó un logro innovador en bioelectrónica, avanzando en las capacidades de la bacteria E. coli común para generar electricidad. El trabajo describe un enfoque novedoso que podría revolucionar tanto la gestión de residuos como la producción de energía.

La bacteria E. coli, fundamental en la investigación biológica, se ha utilizado para crear electricidad a través de un proceso conocido como transferencia extracelular de electrones (EET). Los investigadores de EPFL ingenieron la bacteria E. coli para presentar una EET mejorada, convirtiéndola en "microbios eléctricos" altamente eficientes. A diferencia de los métodos anteriores que requerían productos químicos específicos para la generación de electricidad, la E. coli bioingenierizada puede producir electricidad mientras metaboliza una variedad de sustratos orgánicos.

Una de las principales innovaciones del estudio es la creación de una vía completa de EET dentro de la E. coli, un logro que no se había alcanzado antes. Al integrar componentes de Shewanella oneidensis MR-1, una bacteria famosa por generar electricidad, los investigadores construyeron con éxito una vía optimizada que abarca las membranas interna y externa de la célula. Esta vía novedosa superó en rendimiento a enfoques parciales anteriores y condujo a un aumento de tres veces en la generación actual de electricidad en comparación con las estrategias convencionales.

Mohammed Mouhib y Melania Reggente, los científicos principales del estudio, posando en su laboratorio en EPFL. Crédito: Jamani Caillet (EPFL)

Es importante destacar que la E. coli bioingenierizada mostró un rendimiento notable en diversos entornos, incluyendo aguas residuales recogidas de una cervecería. Mientras que los microbios eléctricos exóticos fracasaron, la E. coli modificada prosperó, mostrando su potencial para el tratamiento de residuos a gran escala y la producción de energía.

"En lugar de introducir energía en el sistema para procesar residuos orgánicos, estamos produciendo electricidad mientras procesamos residuos orgánicos al mismo tiempo, ¡matando dos pájaros de un tiro!" dice Boghossian. "Incluso probamos nuestra tecnología directamente en aguas residuales que recogimos de Les Brasseurs, una cervecería local en Lausana. Los microbios eléctricos exóticos ni siquiera pudieron sobrevivir, mientras que nuestras bacterias eléctricas bioingenierizadas pudieron multiplicarse exponencialmente al alimentarse de estos residuos".

Las implicaciones del estudio van más allá del tratamiento de residuos. Al poder generar electricidad a partir de una amplia gama de fuentes, la E. coli bioingenierizada puede utilizarse en celdas de combustible microbianas, electro-síntesis y bio-sensado, entre otras aplicaciones. Además, la flexibilidad genética de la bacteria significa que se puede adaptar a entornos y materias primas específicos, convirtiéndola en una herramienta versátil para el desarrollo de tecnología sostenible.

"Nuestro trabajo es muy oportuno, ya que los microbios bioeléctricos ingenierizados están ampliando los límites en cada vez más aplicaciones del mundo real", dice Mouhib, autor principal del manuscrito. "Hemos establecido un nuevo récord en comparación con el estado del arte anterior, que se basaba solo en una vía parcial, y en comparación con el microbio que se utilizó en uno de los artículos más importantes publicados recientemente en el campo. Con todo el esfuerzo de investigación actual en el campo, estamos emocionados por el futuro de las bacterias bioeléctricas y no podemos esperar a que nosotros y otros impulsemos esta tecnología a nuevas escalas".