Un treball de recerca conjunt entre la UdG i l’INRA descobreix un mecanisme de transferència d’electrons que podria permetre analitzar diferents compostos amb un mateix biosensor

L’estudi s’ha publicat a la revista Biosensors & Bioelectronics, i és fruit de la col·laboració d’un equip multidisciplinar d’investigadors dels grups LEQUIA i geMM de la UdG, i del Laboratori de Biotecnologia Ambiental de l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA)

 

Us imagineu una tecnologia capaç d’eliminar contaminants d’aigües subterrànies, depurar aigües residuals, produir biocombustibles o desenvolupar biosensors? Estem parlant dels sistemes o piles bioelectroquímiques (en anglès, bioelectrochemical systems o BES), que en els últims anys han despertat un gran interès entre la comunitat científica internacional. Per entendre com funcionen, només necessitem dos conceptes científics bàsics: els microorganismes – organismes visibles a través d’un microscopi – i les reaccions redox – reaccions químiques en les quals es produeix un canvi de l’estat d’oxidació de les substàncies que hi intervenen tot alliberant o captant electrons d’un elèctrode. Si la reacció redox està catalitzada per microorganismes elèctricament actius, ja tenim la base dels sistemes bioelectroquímics.

 

Alguns microorganismes són capaços de catalitzar l’alliberament d’electrons. D’altres, intervenen en la seva captació. Un tercer grup, però, pot dur a terme tots dos processos; segons quines siguin les condicions que s’apliquen, catalitzen processos d’oxidació (bioànode) o de reducció (biocàtode). Aquest fenomen es coneix com a “transferència bidireccional d’electrons” i, fins ara, el mecanisme que el feia possible era del tot incert. Investigadors dels grups de recerca LEQUIA (Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental) i geMM (Grup d’Ecologia Molecular) de la UdG, i del LBE-INRA de Narbonne a França (Institut National de Recherche Agronomique - Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement), han dut a terme un treball conjunt que contribueix significativament a la seva comprensió.

 

Els resultats s’han publicat a la prestigiosa revista Biosensors & Bioelectronics i són fruit d’un treball de recerca multidisciplinar dut a terme pels investigadors del LEQUIA Narcís Pous, Anna Vilajeliu, Erika Fiset, Maria Dolors Balaguer, Jesús Colprim i Sebastià Puig; Lluís Bañeras del geMM; i Alessandro Carmona, Eric Trably i Nicolas Bernet del LBE-INRA. L’article evidencia que biofilms elèctricament actius tenen la capacitat de biocatalitzar processos d’oxidació i reducció a través del mateix sistema redox. En concret, es demostra que un biofilm predominantment cobert per Geobacter sp. és capaç d’oxidar acetat o reduir nitrat emprant el mateix sistema per a alliberar/captar electrons del elèctrode. La troballa no només serveix per aprofundir en l’estudi del mecanisme de transferència d’electrons entre l’elèctrode i els microorganismes elèctricament actius en sistemes bioelectroquímics, sinó que també permet pensar en el  desenvolupament d’un biosensor capaç de detectar a la vegada acetat i nitrat – amb importants aplicacions en el sector de l’aigua.

 

Per poder dur a terme la recerca es van desenvolupar biofilms elèctricament actius que eren capaços d’actuar com a bioànode tot oxidant acetat (matèria orgànica) a diòxid de carboni i que, a més a més,  podien d’actuar com a biocàtodes i reduir nitrat a dinitrogen gas. En ambdues condicions els biofilms presentaven una predominança de microorganismes del gènere Geobacter, molt comú en sistemes bioelectroquímics. Finalment, els biofilms desenvolupats es van caracteritzar electroquímicament mitjançant tècniques voltamperomètriques, la qual cosa va permetre determinar que tant el procés d’oxidació d’acetat com el procés de reducció de nitrat es portaven a terme mitjançant sistemes redox que presentaven el mateix potencial formal. Aquest fet suggereix que la transferència d’electrons d’ambdós processos té lloc mitjançant el mateix sistema redox i implica que els mateixos mecanismes de transferència d’electrons es poden utilitzar per a biocatalitzar processos d’oxidació i reducció. Ja amb el punt de mira en possibles aplicacions industrials, també  ens porta a pensar que un mateix biosensor es podria utilitzar per a detectar diferents compostos químics.

 

Es tracta, doncs, d’un important pas endavant per avançar, d’una banda, vers un major coneixement dels sistemes bioelectroquímics i, de l’altra banda, per aprofitar un dels seus múltiples potencials: el desenvolupament de biosensors.

 

Article de referència: Narcís Pous, Alessandro A. Carmona-Martínez, Anna Vilajeliu-Pons, Erika Fiset, Lluis Bañeras, Eric Trably, M. Dolors Balaguer, Jesús Colprim, Nicolas Bernet and Sebastià Puig. Bidirectional microbial electron transfer: switching an acetate oxidizing biofilm to nitrate reducing conditions. Biosensors and Bioelectronics.

http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2015.08.035

Informació addicional

  • Data: 2015-10-5

Cercar notícies

Nom/Títol

Data

Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental

Institut de Medi Ambient
Universitat de Girona
Campus Montilivi
17003 Girona

Parc Científic i Tecnològic de la UdG
Edifici Jaume Casademont, Porta B
Pic de Peguera, 15
17003 Girona
Tel. +34 972 41 98 59
info@lequia.udg.cat

 

Cercar

Xarxes socials

Segueix-nos a ...

Facebook Twitter Youtube Linkedin

NOTE! This site uses cookies and similar technologies. If you not change browser settings, you agree to it. Cookie Policy