Así como los trajes espaciales ayudan a los astronautas a sobrevivir en entornos inhóspitos, los "trajes espaciales" recientemente desarrollados para las bacterias les permiten sobrevivir en entornos que de otro modo los matarían.
La Universidad de California, Berkeley, los químicos desarrollaron los trajes de protección para extender la vida útil de las bacterias en un sistema único que combina las bacterias vivas con semiconductores que absorben la luz para capturar dióxido de carbono y convertirlo en productos químicos que pueden ser utilizados por la industria o,algún día, en colonias espaciales.
El sistema imita la fotosíntesis en las plantas. Pero mientras las plantas capturan dióxido de carbono y, con la energía de la luz solar, lo convierten en carbohidratos que a menudo comemos, el sistema híbrido captura CO 2 y ligero para hacer una variedad de compuestos de carbono, dependiendo del tipo de bacteria.
Las bacterias utilizadas en el experimento son anaeróbicas, lo que significa que están adaptadas para vivir en entornos sin oxígeno. El traje, un mosaico de piezas en forma de malla llamadas armazón organometálico o MOF, es impermeable al oxígeno ymoléculas reactivas de oxígeno, como el peróxido, que acortan su vida útil.
El sistema híbrido podría ser beneficioso para la industria y el medio ambiente: puede capturar dióxido de carbono emitido por las centrales eléctricas y convertirlo en productos útiles. También proporciona una forma biológica de producir los químicos necesarios en entornos artificiales como naves espaciales yhábitats en otros planetas.
"Estamos utilizando nuestro biohíbrido para reparar el CO 2 para hacer combustibles, productos farmacéuticos y químicos, y también la fijación de nitrógeno para hacer fertilizantes ", dijo Peidong Yang, Presidente Distinguido SK y Angela Chan en Energía en el Departamento de Química de UC Berkeley." Si Matt Damon quiere cultivar papas en Marte,él necesita fertilizante "
Yang, científico de la facultad del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y codirector del Instituto de Nanociencia de Energía Kavli, se refería al actor que interpretó al protagonista en la película El marciano. El personaje de Damon quedó abandonado en Marte y tuvo que usar suresiduos propios como fertilizante para cultivar papas para la alimentación.
La investigación, financiada por la NASA a través del Centro de UC Berkeley para la Utilización de la Ingeniería Biológica en el Espacio, se publicará en línea esta semana antes de su publicación en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
un híbrido de bacterias y semiconductores
Yang y sus colegas desarrollaron el sistema bacteriano híbrido en los últimos cinco años basado en su trabajo en semiconductores que absorben la luz, como los nanocables: cables sólidos de silicio de unos pocos cientos de nanómetros de diámetro, donde un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.de nanocables se pueden utilizar para capturar luz y generar electricidad, prometiendo células solares baratas.
El sistema híbrido aprovecha la captura eficiente de luz por semiconductores para alimentar electrones a bacterias anaerobias, que normalmente eliminan electrones de su entorno para vivir. El objetivo es aumentar la captura de carbono por las bacterias para producir compuestos de carbono útiles.
"Estamos interconectando estos errores con un semiconductor que los abruma con electrones, para que puedan hacer más química", dijo Yang. "Pero al mismo tiempo, este proceso también genera todas estas especies reactivas de oxígeno, que son perjudiciales para los insectos".Estamos colocando estas bacterias en un caparazón para que si entra alguna de estas especies oxidativas, esta primera defensa, el caparazón, las descomponga ".
El traje está hecho de una malla MOF que envuelve la bacteria, cubriéndola en parches. Al usar estos trajes MOF, las bacterias viven cinco veces más a concentraciones normales de oxígeno - 21 por ciento en volumen - que sin los trajes, ya menudo más largo que en su entorno natural, dijo Yang. Su vida útil normal varía de semanas a meses, después de lo cual pueden ser expulsados del sistema y reemplazados por un nuevo lote.
En este experimento, los investigadores utilizaron bacterias llamadas Morella thermoacetica, que producen acetato ácido acético o vinagre, un precursor común en la industria química. Otra de sus bacterias de prueba, Sporomusa ovata, también produce acetato.
"Elegimos estas bacterias anaerobias porque su selectividad hacia un producto químico siempre es del 100 por ciento", dijo. "En nuestro caso, elegimos un insecto que nos da acetato. Pero podría seleccionar otro insecto para darle metano o alcohol"
De hecho, las bacterias que fermentan el alcohol en la cerveza y el vino y convierten la leche en queso y yogur son todas anaerobias.
Mientras que los primeros experimentos de Yang con el sistema híbrido emparejaron bacterias con una cerda de nanocables de silicio, en 2016 descubrió que la alimentación de la bacteria cadmio los alentó a decorarse con un semiconductor natural, el sulfuro de cadmio, que actúa como un absorbente de luz eficiente que alimenta alelectrones de bacterias.
En el experimento actual, los investigadores tomaron bacterias decoradas con sulfuro de cadmio y las envolvieron con una capa flexible de MOF de un nanómetro de espesor. Mientras que un MOF rígido interfirió con el proceso normal de crecimiento y división de la bacteria, un parche de MOF a base de circonioresultó ser lo suficientemente suave como para permitir que las bacterias se hinchen y se dividan mientras aún están vestidas con MOF, después de lo cual el nuevo MOF en la solución las volvió a revestir.
"Puedes pensar en el MOF 2D como una hoja de grafeno: una capa gruesa de una capa que cubre la bacteria", dijo el coautor Omar Yaghi, pionero de los MOF y el presidente de James y Neeltje Tretter en el Departamentoof Chemistry. "El 2D MOF está flotando en solución con las bacterias, y a medida que las bacterias se replican se cubren más con la capa 2D MOF, por lo que protege a las bacterias del oxígeno".
Yang y sus colegas también están trabajando para mejorar la eficiencia del sistema híbrido de captura de luz, transferencia de electrones y producción de compuestos específicos. Visualizan combinar estas capacidades optimizadas con nuevas vías metabólicas en estas bacterias para producir moléculas cada vez más complejas.
"Una vez que arregla o activa el CO 2 - y esa es la parte más difícil - puede usar muchos enfoques químicos y biológicos existentes para actualizarlos a combustibles, productos farmacéuticos y productos químicos ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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