Generazione di energia da acque reflue - Batteri bioingegnerizzati producono energia

I ricercatori hanno ingegnerizzato geneticamente batteri E. coli ampiamente studiati per produrre energia elettrica. Questo lavoro innovativo, pubblicato sulla rivista Joule, mette in mostra il potenziale di questi batteri in vari ambienti, soprattutto nei reflui.

Si prega di abilitare JavaScript

Gli scienziati sono riusciti ad ingegnerizzare i batteri E. coli per generare elettricità, offrendo potenziali progressi nella gestione dei rifiuti, nella produzione di energia e in altre applicazioni bioelettriche.

"Abbiamo ingegnerizzato i batteri E. coli, i microrganismi più studiati, per generare elettricità", afferma il professor Ardemis Boghossian dell'EPFL. "Sebbene ci siano microrganismi esotici in grado di produrre naturalmente elettricità, lo possono fare solo in presenza di specifici composti chimici. L'E. coli può crescere su una vasta gamma di fonti, il che ci ha permesso di generare elettricità in un'ampia varietà di ambienti, compresi i reflui."

In un articolo pubblicato il 8 settembre sulla rivista Joule, il team di Boghossian ha riportato un risultato innovativo nella bioelettronica, avanzando le capacità dei comuni batteri E. coli nella generazione di elettricità. Il lavoro descrive un approccio nuovo che potrebbe rivoluzionare sia la gestione dei rifiuti che la produzione di energia.

I batteri E. coli, fondamentali per le ricerche biologiche, sono stati utilizzati per generare elettricità attraverso un processo noto come trasferimento di elettroni extracellulari (EET). I ricercatori dell'EPFL hanno ingegnerizzato i batteri E. coli per mostrare un EET migliorato, rendendoli microrganismi altamente efficienti dal punto di vista elettrico. A differenza dei metodi precedenti che richiedevano specifici composti chimici per la generazione di elettricità, l'E. coli ingegnerizzato geneticamente può produrre elettricità metabolizzando una varietà di substrati organici.

Una delle innovazioni chiave dello studio è la creazione di un percorso completo di EET all'interno dell'E. coli, un risultato mai ottenuto prima. Integrando componenti dello Shewanella oneidensis MR-1, un batterio famoso per la generazione di elettricità, i ricercatori sono riusciti a costruire un percorso ottimizzato che attraversa le membrane interna ed esterna della cellula. Questo nuovo percorso ha superato gli approcci parziali precedenti e ha portato a un aumento del triplo nella generazione di corrente elettrica rispetto alle strategie convenzionali.

Mohammed Mouhib e Melania Reggente, i principali scienziati dello studio, si trovano nel loro laboratorio presso l'EPFL. Credito: Jamani Caillet (EPFL)

È importante sottolineare che l'E. coli ingegnerizzato ha mostrato una notevole efficacia in vari ambienti, compresi i reflui provenienti da una birreria. Mentre i microrganismi elettrici esotici hanno avuto difficoltà, l'E. coli modificato è prosperato, dimostrando il suo potenziale per il trattamento dei rifiuti su larga scala e per la produzione di energia.

"Invece di fornire energia al sistema per trattare i rifiuti organici, stiamo producendo elettricità contemporaneamente al trattamento dei rifiuti organici - colpendo due piccioni con una fava!", afferma Boghossian. "Abbiamo persino testato la nostra tecnologia direttamente sui reflui che abbiamo raccolto da Les Brasseurs, una birreria locale a Losanna. I microrganismi elettrici esotici non sono nemmeno stati in grado di sopravvivere, mentre i nostri batteri elettrici ingegnerizzati sono stati in grado di proliferare in modo esponenziale alimentandosi di questi rifiuti."

Le implicazioni dello studio vanno oltre il trattamento dei rifiuti. Essendo in grado di generare elettricità da una vasta gamma di fonti, l'E. coli ingegnerizzato può essere utilizzato in celle di combustibile microbiche, elettrosintesi e bio-sensing, solo per citare alcune delle applicazioni. Inoltre, la flessibilità genetica di questo batterio significa che può essere adattato a specifici ambienti e materie prime, diventando uno strumento versatile per lo sviluppo di tecnologie sostenibili.

"Il nostro lavoro è estremamente attuale, poiché i microrganismi bioelettrici ingegnerizzati stanno ampliando i confini in sempre più applicazioni del mondo reale", afferma Mouhib, autore principale del manoscritto. "Abbiamo stabilito un nuovo record rispetto allo stato dell'arte precedente, che si basava solo su un percorso parziale, e rispetto al microrganismo utilizzato in uno dei più grandi articoli pubblicati di recente in questo settore. Con tutti gli sforzi di ricerca attuali nel campo, siamo entusiasti del futuro dei batteri bioelettrici e non vediamo l'ora che noi e gli altri possiamo portare questa tecnologia a nuove scale".