I batteri cyborg meglio delle piante per trasformare la luce solare in carburante verde (VIDEO)

I batteri cyborg possono sintetizzare cibo, carburanti e materie plastiche

[23 agosto 2017]

La fotosintesi fornisce energia alla maggior parte della vita sulla Terra, ma la clorofilla, il pigmento verde che le piante utilizzano per assorbire la luce del sole, è relativamente inefficiente. Per consentire agli esseri umani di catturare più energia solare di quanto consenta la fotosintesi naturale, gli scienziati hanno insegnato ai batteri a ricoprirsi di minuscoli piccoli pannelli solari altamente efficienti per produrre composti utili.

I ricercatori hanno presentato il loro eccezionale lavoro al the 254esimo  National meeting & exposition dell’American chemical society (Acs), la più grande società scientifica del mondo, in corso a Washington e durante il quale verranno fatte circa 9.400 presentazioni riguardanti una vasta gamma di argomenti scientifici.

Kelsey K. Sakimoto, dell’Università di Harvard – Massachusetts, che ha condotto la ricerca nel laboratorio di Peidong Yang, spiega: «Piuttosto che fare affidamento sulla clorofilla inefficiente per raccogliere la luce del sole, ho insegnato ai batteri come crescere e ricoprire i loro corpi con piccoli nanocristalli semiconduttori. Questi nanocristalli sono molto più efficienti della clorofilla e possono essere coltivati ​​ad una frazione del costo dei pannelli solari che vengono fabbricati».

L’Acs sottolinea che «Gli esseri umani stanno cercando sempre di trovare alternative a combustibili fossili come fonti di energia e materie prime per la produzione chimica. Molti scienziati hanno lavorato per creare sistemi fotosintetici artificiali per generare energia rinnovabile e semplici prodotti chimici organici usando la luce solare. Sono stati fatti progressi, ma i sistemi non sono abbastanza efficienti per la produzione commerciale di combustibili e materie prime».

I ricercatori hanno capito che alcuni batteri hanno una difesa naturale al cadmio, al mercurio o al piombo che consente loro di trasformare il metallo pesante in un solfuro che i batteri esprimono come un piccolo semiconduttore a cristalli sulle loro superfici.

La ricerca nel laboratorio di Yang, all’Università della California – Berkeley, si concentra sulla sfruttamento di semiconduttori inorganici che possono far  catturare la luce solare ad organismi come i batteri che, quindi, possono utilizzare l’energia per produrre sostanze chimiche utili dall’anidride carbonica e acqua . Yang  ha sottolineato che «La spinta data dalla ricerca nel mio laboratorio è essenzialmente quella di “sovraccaricare” i batteri non fotosintetici fornendo loro energia sotto  forma di elettroni da semiconduttori inorganici, come il solfato di cadmio, che sono efficienti assorbitori di luce. Ora stiamo cercando assorbenti luminosi più efficaci del solfuro di cadmio per rifornire i batteri con l’energia dalla luce».

Sakimoto ha lavorato con un batterio non fotosintetico naturale, Moorella thermoacetica , che,  durante la sua normale respirazione, produce acido acetico da CO2. L’acido acetico è un prodotto chimico versatile che può essere facilmente aggiunto  ad un certo numero di combustibili, polimeri, prodotti farmaceutici e prodotti chimici di base, attraverso i batteri complementari e geneticamente modificati.

Quando Sakimoto li ha alimentati con cadmio e cisteina, un amminoacido, che contiene un atomo di zolfo, i batteri hanno sintetizzato sulle loro superfici nanoparticelle di solfuro di cadmio (CdS), che funzionano come pannelli solari. L’organismo ibrido che ne è risultato, chimato, M. thermoacetica -CdS, produce acido acetico da CO2, acqua e luce e Sakimoto assicura che «Una volta ricoperti da questi piccoli pannelli solari, i batteri possono sintetizzare cibo, carburanti e materie plastiche, il tutto usando l’energia solare. Questi batteri superano la fotosintesi naturale».

Infatti i batteri funzionano con un’efficienza di oltre l’80%, e il processo è auto-replicante e auto-rigenerante, facendo così deii batteri cyborg  una tecnologia “zero-waste”. Sakimoto  evidenzia che «La biologia sintetica e la capacità di espandere la portata della riduzione della CO2  prodotta saranno essenziali per mettere a punto questa tecnologia come sostituta o come una delle molte alternative all’industria petrolchimica».

Ma questi ibridi biologici inorganici hanno un potenziale commerciale? «Lo spero spero! – h risposto Sakimoto – Molti degli attuali sistemi di fotosintesi artificiale richiedono elettrodi solidi, un costo enorme. I nostri biocarburanti algali sono molto più attraenti, in quanto l’intero apparato CO2–to-chemical è autonomo» e richiede solo un grossa superficie liquida illuminata dal sole. Ma Sakimoto  aggiunge che il sistema richiede ancora qualche modifica per “sintonizzare” sia il semiconduttore che  i batteri. Inoltre suggerisce che è possibile che i batteri ibridi che ha creato possano avere qualcosa di simile già presente: «Una direzione futura, se questo fenomeno esiste in natura, sarebbe quella di frae una prospezione biologica di questi organismi ed utilizzarli».

Peò, i ricercatori ritengono che, anche se il loro approccio rappresenta  un importante passo importante, potrebbe non essere la tecnologia che prevarrà: «Ci sono così tanti progetti diversi di questi sistemi che emergono e in realtà abbiamo solo cominciato a esplorare i diversi modi in cui possiamo combinare la chimica e la biologia- conclude  Sakimoto in un intervista  BBC News – . E c’è una reale possibilità che ci sarà una tecnologia upstart che verrà fuori che farà meglio del nostro sistema».

Videogallery

  • Are bacteria the cyborgs of the future? - Headline Science

  • Cyborg bacteria outperform plants when turning sunlight into useful compounds (video)