Aprimoramento do processo extracelular de transferência de elétrons em bactérias roxas para o aumento na produção de eletricidade e compostos químicos em sistemas foto-bioeletroquímicos

• Processo: 21/09471-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Maria Valnice Boldrin
• Beneficiário: Lilian Danielle de Moura Torquato
• Supervisor: Matteo Grattieri
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Università degli Studi di Bari - Aldo Moro, Itália
• Vinculado à bolsa: 19/00463-7 - Sistemas bioeletroquímicos integrados e fotoassistidos por luz solar para a produção de eletricidade e H2 a partir da digestão conjunta de glicerol bruto e água residuária da indústria citrícola, BP.PD
• Assunto(s): Bioeletromagnetismo Energia renovável Oxirredução Tratamento de águas residuárias Fotossíntese artificial Sistema de valorização de resíduos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bioelectricity | Electron transfer mediation | Photo-bioelectrochemistry | renewable energy | Semi-artificial photosynthesis | Waste valorization | Técnicas Integradas para Tratamento de Efluentes

Resumo

Durante bilhões de anos de evolução, a natureza encontrou diferentes maneiras de utilizar a luz solar como fonte de energia por meio da absorção de luz, utilizando fotossistemas complexos e sofisticados. Este objetivo é alcançado de forma elegante e relativamente simples na unidade fotossintética bacteriana. Além disso, além da capacidade de realizar transdução de energia luminosa, a grande diversidade metabólica de bactérias fototróficas roxas abre novos insights para ajustar a produção de bioenergia e compostos químicos alvo. Uma geração de fotocorrente eficiente e de longo prazo usando bactérias foto-heterotróficas roxas, entretanto, requer abordagens artificiais para coletar os elétrons fotogerados de sua membrana celular, evitando a fotoinibição ou efeitos citotóxicos que mudam os máximos espectrais. Dessa forma, o uso de mediadores redox à base de quinonas solúveis pode não ser a melhor escolha, considerando seu potencial de toxicidade ao aparato fotossintético. No entanto, alternativas eficientes ainda não estão disponíveis, pois informações detalhadas sobre o processo de transferência de elétrons extracelular (EET) de bactérias roxas não sulfurosas (PNSB), bem como sobre sua interação com as superfícies dos eletrodos, permanecem pouco compreendidas. Portanto, esta proposta visa realizar uma avaliação aprofundada da EET de bactérias foto-heterotróficas roxas e desenvolver novas estratégias para o seu aprimoramento, como a exploração de grupos funcionais de superfície gerados pelo tratamento térmico de uma matéria-prima sustentável, como a biomassa, bem como funcionalizando a superfície dos eletrodos à base de biocarvão com polidopamina (PDA) in natura e termicamente tratada. Espera-se que este polímero mimético contribua para a adesão da célula da bactéria à superfície do eletrodo e para o ajuste do metabolismo da cepa de R. capsulatus usando sua capacidade de fotoexcitação como a força motriz para promover a superestimulação da cadeia fotossintética e ajustar o metabolismo do PNSB para uma geração melhorada de fotocorrentes e produtos químicos de alto valor agregado, como poli-²-hidroxibutiratos ou polihidroxialcanoatos. Portanto, espera-se que o conhecimento profundo dos processos bioeletroquímicos fundamentais responsáveis pela EET permita a exploração eficiente do metabolismo extremamente versátil das PNSB em sistemas foto-bioeletroquímicos, abrindo novas perspectivas para atender simultaneamente a necessidade de tratamento de águas residuárias com a crescente demanda por produtos energia limpa e sustentável. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE MOURA TORQUATO, LILIAN DANIELLE; MATTEUCCI, ROSA MARIA; STUFANO, PAOLO; VONA, DANILO; FARINOLA, GIANLUCA M.; TROTTA, MASSIMO; BOLDRIN ZANONI, MARIA VALNICE; GRATTIERI, MATTEO. Photobioelectrocatalysis of Intact Photosynthetic Bacteria Exposed to Dinitrophenol. CHEMELECTROCHEM, v. 10, n. 12, p. 2-pg., 2023-06-05. (21/09471-2)