Batterie biologiche

Alcuni batteri del suolo rilasciano corrente nel loro ambiente. Ottimizzare questo processo è l'obiettivo di Smart B.O.B. (© TU Berlin / PR / Dominic Simon)

Dal punto di vista evoluzionistico biologico sono molto antichi, ma il loro potenziale viene scoperto solo ora gradualmente: i cosiddetti elettromicrobi sono sotto osservazione speciale da parte di molti scienziati e scienziate in tutto il mondo nel dibattito attuale sulla sostenibilità. Essi possono produrre e trasmettere elettroni – cioè in definitiva corrente – e farlo in gran parte senza perdite di energia. Se si considera la corrente su scala molecolare, in realtà non è altro che un flusso diretto di elettroni, che tutti gli organismi viventi all’interno delle loro cellule utilizzano. Nel contesto della competizione BIOMOD di quest’anno (Design Biomolecolare) per studenti di tutto il mondo a San Francisco, un team interdisciplinare dell’Università Tecnica di Berlino lavora proprio su questa tematica. „Il nostro obiettivo è una batteria biologica“, afferma Franziska Graeger, studentessa magistrale di Chimica Biologica all’Università Tecnica di Berlino e membro del team Smart B.O.B. (Batteria Ottimizzata Biologicamente e Intelligente).

All’interno di una cella, in alcuni salti di elettroni da una molecola all’altra si libera energia. Da alcuni anni i ricercatori conoscono batteri in grado di cedere elettroni al loro ambiente in questo modo. Attraverso alcune membrane, alcuni di questi batteri conducono gli elettroni, ad esempio, a ioni metallici positivi nel loro ambiente.

Le scienziate e gli scienziati di Smart B.O.B. utilizzano diverse specie di batteri e combinano le loro capacità. „Il batterio Shewanella possiede una struttura proteica speciale nella sua membrana, per cedere elettroni miratamente a ferro o manganese nell’ambiente. Il nostro primo passo è inserirlo geneticamente nelle cianobatterie.“ Le cianobatterie sono una specie di interfaccia tra piante e batteri. Sono autotrofi, cioè possono produrre glucosio e ossigeno a partire dall’anidride carbonica dell’atmosfera grazie alla luce solare. „Se riusciamo a portare il complesso proteico di Shewanella nelle cianobatterie, queste proteine potrebbero assumere miratamente gli elettroni della fotosintesi e rilasciarli all’esterno su un elettrodo. Così si potrebbe generare un flusso di corrente“, spiega la biochimica i piani del gruppo.

Già ora è possibile catturare in piccola misura elettroni liberi da diversi batteri del suolo. Lo dimostrano in modo impressionante le scienziate e gli scienziati con una piccola lampada su un barattolo di vetro con terra. Due elettrodi speciali raccolgono gli elettroni dai batteri del suolo e li trasmettono alla lampada. „Naturalmente si cattura solo poca corrente“, afferma Franziska Graeger. „Con questo possiamo alimentare solo una piccola lampada. Il nostro obiettivo è clonare il maggior numero possibile di complessi proteici di Shewanella nelle cianobatterie, affinché fluisca molta più corrente. Questi batteri speciali potrebbero poi essere applicati direttamente sugli elettrodi con l’aiuto di una stampante convenzionale, in modo che avvenga uno scambio immediato di elettroni e si ottimizzi la resa.“

Già dal 2015 un team interdisciplinare di varie università di Berlino partecipa alla competizione internazionale BIOMOD. Il progetto è ospitato dal dipartimento di Biocatalisi del Prof. Nediljko Budisa e dal cluster di eccellenza UniSysCat dell’Università Tecnica di Berlino, supportato dal premio per l’insegnamento esemplare della Società degli Amici dell’Università Tecnica di Berlino. „L’interdisciplinarietà è estremamente importante per il progetto“, afferma Franziska Graeger, „perché non dobbiamo solo lavorare con successo in laboratorio e fare biochimica, ma dobbiamo organizzare tutto da soli: un laboratorio funzionante, un buon sito web, una performance coinvolgente al Jamboree di ottobre a San Francisco e, non da ultimo, il finanziamento complessivo del progetto e il nostro viaggio alla competizione. Per questo motivo siamo ancora alla ricerca di nuovi sostenitori.“