La lluita contra el canvi climàtic ja fa temps que té lloc en diferents fronts. Un dels més importants són les anomenades tecnologies de captura i utilització del diòxid de carboni, que no només redueixen les emissions de gasos d’efecte hivernacle sinó que, a més a més, transformen el carboni captat en productes de valor afegit.
El Grup de Recerca en Ecologia Microbiana Molecular (gEMM) i el Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA) de la Universitat de Girona fa més d’una dècada que treballen en una d’aquestes tecnologies: l’electrosíntesi microbiana (en anglès, microbial electrosynthesis, MES). L’electrosíntesi microbiana aprofita les propietats elèctriques d’alguns microorganismes (sobretot, bacteris i arqueus) per a reduir el diòxid de carboni. Només es necessita una petita quantitat d’energia elèctrica i aigua, així com controlar la producció d’hidrogen com a compost intermediari clau. Seguint aquest principi, a escala laboratori ja s’han sintetitzat amb èxit diferents compostos orgànics, com ara metà, butanol, etanol o acetat. Tanmateix, per implementar el procés a escala industrial encara existeixen diverses limitacions.
Elisabet Perona Vico ha aplicat tècniques avançades de microbiologia molecular, electroquímica, i enginyeria genètica, per tal de superar aquestes limitacions. Així, per estudiar els gens potencialment implicats en la transferència d’electrons, va emprar un reactor electrometanogènic. L’anàlisi de la composició de la comunitat microbiana, utilitzant l’ADN i l’ADN complementari, va destacar Methanobacterium sp. com a principal arqueu. Per a determinar els nivells d’expressió gènica de [NiFe]-hidrogenases (Eha, Ehb i Mvh), heterodisulfur reductasa (Hdr), coenzim F420 [NiFe]-hydrogenasa (Frh) i la proteïna de maduració Hyp, es van induir canvis a curt termini en el flux d’electrons (circuit elèctric obert o tancat). Els resultats obtinguts amb RT-PCR suggerien que els mecanismes implicats en la transferència d’electrons no es trobaven regulats a nivell transcripcional.
Un altre aspecte destacable de la seva tesi doctoral és l’estudi dels microorganismes que poden ser potencials bio-productors d’H2 en els biocàtodes. Concretament, va estudiar la producció biològica d’H2 en biocàtodes operats a -1.0 V vs. Ag/AgCl, emprant una metodologia comparable i CO2 com a font de carboni. Es van escollir deu soques bacterianes dels gèneres Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodocyclus, Desulfovibrio i Sporomusa, totes elles descrites com a candidats per a la producció d’H2. Vuit de les deu soques testades van mostrar electroactivitat i les taxes de producció d’H2 van ser significativament superiors respecte a les condicions abiòtiques (de 2 a 8 vegades) en dues d’elles (Desulfovibrio paquesii DSM 16681 i Desulfovibrio desulfuricans DSM 642).
Els resultats indicaven que l’aplicació de biocàtodes per a la producció sostinguda d’H2 pot ser que no sigui prou eficient per a mantenir els requeriments que han de permetre incentivar el metabolisme d’altres soques microbianes. En conseqüència, es van aplicar tècniques d’enginyeria genètica per incrementar l’habilitat de D. paquesii per a la producció d’H2. Els gens seleccionats per ser sobre-expressats van ser la [Fe]-hidrogenasa i el citocrom c3 en dues soques, D. vulgaris DSM 644 i D. paquesii DSM 16681. Es van testar diverses condicions i protocols experimentals per la implementació dels mecanismes adients que asseguressin la sobre-expressió dels gens seleccionats.
La tesi d’Elisabet Perona Vico contribueix a entendre millor el paper clau de l’H2 durant l’electrosíntesi microbiana i permet formular diverses conclusions. La primera és que expandir el coneixement sobre els mecanismes de transferència d’electrons ha de permetre un millor control dels sistemes bioelectroquímics. La segona és que el requeriment d’H2 per poder operar de manera sostinguda els processos bioelectroquímics pot subministrar-se d’una manera eficient usant microorganismes amb la capacitat de produir H2. Finalment, es corrobora que l’aplicació de la biologia sintètica així com dels co-cultius definits són dues contribucions prometedores que contribuiran a fer possible la industrialització de l’electrosíntesi microbiana. La tesi, que ha estat dirigida pels Drs. Lluís Bañeras (gEMM) i Sebastià Puig (LEQUIA), es defensarà el proper divendres 28 de gener de 2022 a les 11:00h a l’Aula Magna de la Facultat de Ciències de la UdG. A més, es podrà seguir a través de la plataforma Microsoft Teams.
Foto: Mesures d'hidrogen en un sistema bioelectroquímic.
