Baterías biológicas

Algunas bacterias del suelo transmiten electricidad a su entorno. Optimizar este proceso es el objetivo de Smart B.O.B. (© TU Berlín / PR / Dominic Simon)

Desde una perspectiva evolutiva, son muy antiguos, pero su potencial solo se está descubriendo poco a poco ahora: Las llamadas microbios electromagnéticos están siendo observadas con especial atención por muchos científicos y científicas en el debate actual sobre sostenibilidad. Pueden producir y transmitir electrones — es decir, electricidad — y hacerlo en gran medida sin pérdidas de energía. Cuando se observa la electricidad a escala molecular, en realidad no es más que un flujo dirigido de electrones que todos los organismos vivos utilizan dentro de sus células. En el marco del concurso BIOMOD de este año (Diseño Biomolecular) para estudiantes de todo el mundo en San Francisco, un equipo interdisciplinario de la TU Berlín trabaja precisamente en esta temática. "Nuestro objetivo es una batería biológica", explica Franziska Graeger, estudiante de maestría en Química Biológica en la TU Berlín y miembro del equipo Smart B.O.B. (Batería Biológicamente Optimizada e Inteligente).

Dentro de una célula, en algunos saltos de electrones de una molécula a otra, se libera energía. Desde hace algunos años, los científicos conocen bacterias que son capaces de liberar electrones a su entorno de esta manera. A través de ciertas membranas, algunas de estas bacterias transfieren los electrones, por ejemplo, a iones metálicos cargados positivamente en su entorno.

Las científicas y científicos de Smart B.O.B. utilizan diferentes tipos de bacterias y combinan sus habilidades. "La bacteria Shewanella posee una estructura proteica especial en su membrana para transferir electrones específicamente a hierro o manganeso en el entorno. Nuestro primer paso es introducir genéticamente esta proteína en cianobacterias". Las cianobacterias son una especie de interfaz entre plantas y bacterias. Son autótrofas, es decir, pueden producir glucosa y oxígeno a partir del dióxido de carbono de la atmósfera con ayuda de la luz solar. "Si logramos transferir el complejo proteico de Shewanella a las cianobacterias, estas proteínas podrían captar específicamente los electrones de la fotosíntesis y transferirlos a un electrodo externo. Así, se podría generar un flujo de electricidad", explica la bioquímica los planes del grupo.

Ya es posible captar en pequeña escala electrones libres de diferentes bacterias del suelo. Los científicos y científicas demuestran esto de manera impresionante con una pequeña lámpara en un frasco de conservas con tierra. Dos electrodos especiales recogen los electrones de las bacterias del suelo y los transfieren a la lámpara. "Por supuesto, solo se recoge poca corriente", dice Franziska Graeger. "Con esto, solo podemos hacer funcionar una lámpara pequeña. Nuestro objetivo es clonar la mayor cantidad posible de complejos proteicos de Shewanella en las cianobacterias, para que fluya mucha más corriente. Estas bacterias especiales podrían, entonces, colocarse directamente en los electrodos con la ayuda de una impresora convencional, de modo que se produzca un intercambio inmediato de electrones y se optimice la producción".

Desde 2015, un equipo interdisciplinario de varias universidades de Berlín participa en el concurso internacional BIOMOD. El proyecto está dirigido por el departamento de Biocatálisis del Prof. Nediljko Budisa y el clúster de excelencia UniSysCat en la TU Berlín, apoyado por el premio a la enseñanza ejemplar de la Sociedad de Amigos de la TU Berlín. "La interdisciplinariedad es extremadamente importante para el proyecto", dice Franziska Graeger. "Porque no solo tenemos que trabajar con éxito en el laboratorio y realizar bioquímica, sino que también debemos organizar todo por completo: un laboratorio funcional, un buen sitio web, un rendimiento atractivo en el jamboree en octubre en San Francisco y, por último, toda la financiación del proyecto y nuestro viaje al concurso. Por eso, todavía estamos buscando nuevos apoyos".