Los científicos del Laboratorio de Electrónica Orgánica, Universidad de Linköping, han desarrollado un transistor electroquímico orgánico que pueden usar para medir y estudiar en detalle un fenómeno conocido como transferencia de electrones extracelular en el que las bacterias liberan electrones.
El estudio de las bacterias y su importancia para el mundo natural, y para la sociedad y la salud humanas, es un campo de investigación en crecimiento, ya que continuamente se descubren nuevas bacterias. Un cuerpo humano contiene más bacterias que células humanas, y un mililitro de frescoel agua puede contener hasta un millón de bacterias. La respiración en una célula humana normal y en muchas bacterias se produce a través de reacciones bioquímicas en las que un compuesto, a menudo glucosa, reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono y agua. Durante el proceso, la energía se conviertea una forma que la célula puede usar. En ambientes libres de oxígeno, se encuentran bacterias que metabolizan compuestos orgánicos, como el lactato, y en lugar de formar agua, liberan o respiran cargas eléctricas, un subproducto del metabolismo, en el medio ambiente.El proceso se conoce como transferencia extracelular de electrones o respiración extracelular.
El fenómeno se usa actualmente en varios sistemas electroquímicos en aplicaciones como purificación de agua, biosensores y pilas de combustible. Agregar bacterias es una forma ecológica de convertir la energía química en electricidad.
Una de esas bacterias que se usa con frecuencia en la investigación es Shewanella oneidensis, que investigaciones anteriores han demostrado que produce corriente eléctrica cuando se alimenta con arsénico, arabinosa un tipo de azúcar o ácidos orgánicos. Recientemente se ha descubierto una bacteria similar en el sistema gastrointestinal humano.
Sin embargo, no entendemos en detalle qué sucede cuando las bacterias liberan cargas. Para capturar y medir la cantidad de carga liberada, los electrodos se colocan en los sistemas microbianos. Una bacteria individual emite una señal muy débil, y por lo tanto hastaahora, los investigadores han tenido que estar satisfechos con el estudio de la transferencia de electrones extracelulares en grandes sistemas con grandes cantidades de bacterias.
Para aumentar nuestra comprensión, los científicos del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping han empleado una combinación de microelectrónica, electroquímica y microbiología. Han desarrollado un transistor electroquímico orgánico en el que han podido depositar Shewanella oneidensis en uno delos microelectrodos, con una superficie de solo un cuarto de milímetro cuadrado. La amplificación de la señal que se produce en el transistor les permite estudiar en detalle lo que sucede cuando se agregan varias sustancias al sistema.artículo en Ciencia avanzada experimentos en los que alimentaron con lactato a la bacteria.
"Hemos demostrado que podemos detectar diferencias muy pequeñas en la transferencia extracelular de electrones, en otras palabras, la cantidad de carga liberada por la bacteria. Otra ventaja es que podemos lograr tiempos de respuesta muy cortos y obtener una señal estable en diez minutos", dice el ingeniero de investigación principal Gábor Méhes, quien, junto con el profesor titular Eleni Stavrinidou, es el autor correspondiente del artículo.
"Este es un primer paso para comprender la transferencia extracelular de electrones en bacterias que ocupan un área pequeña con la ayuda de un transistor, y cómo se realiza la conversión entre las bacterias y el electrodo", dice Gábor Méhes. "Un objetivo futuro espara aprender cómo interactúan las bacterias entre sí y con otras células y sustancias químicas en el tracto gastrointestinal humano ".
La investigación se lleva a cabo en el marco del Laboratorio de Biocom en el Laboratorio de Electrónica Orgánica, y está financiada por Vinnova, el Consejo de Investigación Sueco, la Fundación Sueca para la Investigación Estratégica, el centro de Ciencias de la Madera Wallenberg y el Consejo Europeo de Investigación,ERC.
Se espera que la investigación conduzca a la optimización de los sistemas electroquímicos microbianos que recolectan energía y aumenten nuestra comprensión de, por ejemplo, condiciones gastrointestinales graves. Mirando hacia el futuro, la idea ha surgido entre los investigadores de usar bacterias que respirencompuestos de hierro para mantener la vida humana en el planeta libre de oxígeno Marte.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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