Gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato un approccio che migliora la capacità dei batteri E. coli di produrre elettricità. Questo progresso offre una soluzione sostenibile e ad alte prestazioni per il trattamento dei rifiuti organici e apre nuovi orizzonti per la produzione versatile di elettricità microbica.
"Abbiamo modificato il batterio E. coli, che è il microbo più studiato, in modo che produca elettricità", spiega il professor Ardemis Boghossian dell’EPFL. "Sebbene esistano microbi esotici che producono naturalmente elettricità, possono farlo solo in presenza di specifiche sostanze chimiche. Il batterio E. coli può crescere su un’ampia gamma di fonti, il che ci ha permesso di produrre elettricità in molti ambienti, in particolare dalle acque reflue". "
In un articolo pubblicato sulla rivista Joule, il team di Ardemis Boghossian annuncia una svolta nel campo della bioelettronica, migliorando la capacità del comune batterio E. coli di produrre elettricità. Il loro lavoro descrive un nuovo approccio che potrebbe rivoluzionare la gestione dei rifiuti e la produzione di energia.
Elemento essenziale della ricerca biologica, il batterio E. coli è stato modificato per produrre elettricità attraverso un processo noto come trasferimento extracellulare di elettroni (EET). I ricercatori dell’EPFL hanno modificato il batterio E. coli in modo da migliorare l’EET, rendendolo un "microbo elettrico" altamente efficiente. A differenza dei metodi precedenti, che richiedevano sostanze chimiche specifiche per produrre elettricità, il batterio E. coli modificato può produrre elettricità metabolizzando vari substrati organici.
Una delle principali innovazioni dello studio è la creazione di un percorso EET completo nel batterio E. coli, un’impresa mai realizzata prima per la produzione di elettricità. Integrando componenti di Shewanella oneidensis MR-1, un batterio noto per la sua capacità di produrre elettricità, i ricercatori sono riusciti a creare un percorso ottimizzato che attraversa le membrane interne ed esterne della cellula e tutto ciò che si trova nel mezzo. Questo nuovo percorso ha superato i precedenti approcci parziali e ha triplicato la produzione di elettricità rispetto alle strategie convenzionali.
Le acque reflue come campo da gioco
I batteri E. coli modificati hanno ottenuto risultati straordinari in una varietà di ambienti, comprese le acque reflue di un birrificio. Mentre i microbi elettrici esotici hanno fallito, i batteri E. coli modificati hanno prosperato, dimostrando il loro potenziale per il trattamento dei rifiuti su larga scala e la produzione di energia.
"Invece di immettere energia nel sistema per trattare i rifiuti organici, produciamo elettricità mentre trattiamo i rifiuti organici, prendendo due piccioni con una fava", spiega Ardemis Boghossian. "Abbiamo anche testato la nostra tecnologia direttamente sulle acque reflue raccolte dal birrificio Les Brasseurs di Losanna. I microbi elettrici esotici non sono riusciti a sopravvivere, mentre i nostri batteri elettrici modificati sono stati in grado di moltiplicarsi rapidamente nutrendosi di questi rifiuti". "
Le implicazioni dello studio vanno oltre il trattamento dei rifiuti. In grado di generare elettricità da un’ampia gamma di fonti, il batterio E. coli modificato può essere utilizzato, tra le altre applicazioni, nelle celle a combustibile microbiche, nell’elettrosintesi e nel biosensing. Grazie alla sua flessibilità genetica, il batterio può anche essere adattato ad ambienti e materie prime specifiche, diventando così uno strumento versatile per lo sviluppo di tecnologie sostenibili.
"Il nostro lavoro è tempestivo, poiché i microbi bioelettrici modificati stanno superando i limiti in un numero crescente di applicazioni pratiche", spiega Mohammed Mouhib, autore principale dell’articolo. "Abbiamo stabilito un nuovo record rispetto al livello tecnico precedente, che si basava esclusivamente su una via di trasferimento parziale degli elettroni. Questi sono anche i migliori risultati ottenuti finora con questo microbo, utilizzato in un articolo pubblicato di recente". Con tutti gli sforzi di ricerca attualmente in corso in questo campo, siamo molto fiduciosi sul futuro dei batteri bioelettrici e desiderosi di portare avanti questa tecnologia". "
Altri collaboratori
- Università di Chongqing, Collegio di Ambiente ed Ecologia
- Università di Friburgo in Brisgovia, Istituto di Biologia III
Riferimenti
Mohammed Mouhib, Melania Reggente, Lin Li, Nils Schuergers, Ardemis A. Boghossian. Vie di trasferimento extracellulare degli elettroni per migliorare l’elettroattività di Escherichia coli modificati. Joule 08 settembre 2023. DOI: 10.1016/j.joule.2023.08.006
