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

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)