Explorando el potencial de la biosíntesis periplásmica para una energía solar eficiente

28 de julio de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

verificado

publicación revisada por pares

fuente confiable

corregir

por Li Yuan, Academia China de Ciencias

Investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia China de Ciencias (CAS) y la Universidad de Chicago han descubierto la precipitación de nanoclusters semiconductores dentro del espacio periplásmico de bacterias Gram-negativas para una producción química eficiente impulsada por energía solar. Los hallazgos fueron publicados en Science Advances el 21 de julio.

La biomineralización, un proceso que implica la deposición de sustancias inorgánicas alrededor de células y tejidos biológicos, conduce a la formación de materiales compuestos. Las bacterias tienen la capacidad de extraer iones metálicos de su entorno y producir materiales funcionales.

El espacio periplásmico, una matriz similar a un gel entre la membrana citoplasmática interna y la membrana externa de las bacterias, ofrece oportunidades únicas para sintetizar y utilizar nanomateriales en un ambiente confinado.

El espacio periplásmico de las bacterias Gram-negativas, caracterizado por abundantes enzimas y peptidoglicanos, proporciona un terreno fértil para la biomineralización. Además, las bacterias Gram-negativas tienen una cadena de transporte de electrones estrechamente conectada al periplasma, lo que facilita la transferencia de electrones inducidos por la luz desde el semiconductor a la cadena de transporte de electrones para la regeneración del poder reductor intracelular. Los nanoclusters semiconductores ricos en defectos producidos in situ podrían elevar los niveles de trifosfato de adenosina (ATP) y mejorar la producción de malato en condiciones de luz.

Además, el equipo amplió la sostenibilidad de la biosíntesis periplásmica, incluida la reducción del contenido de metales pesados, la creación de un biorreactor vivo y la construcción de un sistema de fotosíntesis semiartificial. Al aprovechar el poder de la biomineralización, la biosíntesis periplásmica mostró un inmenso potencial como plataforma para diversas aplicaciones sostenibles.

"Creemos que la biosíntesis periplásmica puede servir como un modelo invaluable basado en la fotosíntesis semiartificial para la biocatálisis y la sostenibilidad impulsadas por la energía solar", dijo el profesor Gao Xiang, coautor del estudio.

La biosíntesis de semiconductores es altamente adaptable, lo que permite una biocompatibilidad controlada y un emparejamiento eficiente con componentes bacterianos, sirviendo como fuente de electrones para procesos metabólicos. Aunque se ha informado sobre la síntesis de nanopartículas metálicas dentro del periplasma, los estudios sobre interfaces biológicas basadas en semiconductores en este espacio son raros, particularmente en términos de biorregulación y sostenibilidad multinivel.

El equipo de investigación desarrolló un enfoque no genético para la biomineralización de semiconductores en el periplasma de E. coli (el organismo modelo de las bacterias gramnegativas) y a partir de biohíbridos microbianos. Los nanoclusters semiconductores exhibieron una cristalinidad reducida y fueron estabilizados por la matriz de peptidoglicano periplásmico, proporcionando una interfaz más suave con la célula bacteriana. Investigaron los mecanismos subyacentes de los materiales y la caracterización biológica y descubrieron que los nanoclusters semiconductores (por ejemplo, CdS) estaban mediados por la vía de producción de H2S.

Los hallazgos resaltan la naturaleza poco explorada del espacio periplásmico en las bacterias, que tiene potencial para construir biohíbridos basados ​​en semiconductores que pueden aplicarse en la remediación ambiental, la fabricación de biorreactores vivos y la fotosíntesis semiartificial para la bioproducción y la sostenibilidad.

La plataforma biohíbrida de bacterias semiconductoras que forman biomineralización periplásmica desarrollada por el equipo de investigación para la producción química impulsada por energía solar puede extenderse potencialmente a otras bacterias o células, enriqueciendo las aplicaciones de biorremediación con sostenibilidad adicional.

Más información: Yiliang Lin et al, Biomineralización periplásmica para la fotosíntesis semiartificial, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg5858

Información de la revista:Avances científicos

Proporcionado por la Academia China de Ciencias