Traduzido, editado e linkado de:
Katharine Sanderson; Hydrogen production comes naturally to ocean microbe - Cyanobacterium gives off hydrogen as by-product of day-to-day processes. - www.nature.com
< Produção de hidrogênio ocorre naturalmente em micróbio oceânico -Cianobacteéria expele hidrogênio como um subproduto de seus processos diários>
Um micróbio oceânico aparentemente pouco notável acaba de demonstrar-se um seer vivo multitarefa - não só realizando a fotossíntese, mas também podendo produzir grandes quantidades de hidrogénio, abrindo um modo com potencial para produzir este gás de maneira mais barata para uso como combustível.
A cianobactéria unicelular Cyanothece 51142 pode fazer hidrogênio no ar. Himadri Pakrasi da Universidade de Washington em St Louis, Missouri, e seus colegas reportam na Nature Communications [1]. Até agora, os únicos organismos conhecidos para produzir hidrogênio só poderiam produzi-lo em um ambiente livre de oxigênio - tornando-se um processo potencialmente caro de ser dimensionado em escala industrial.
A Cyanothece 51142 foi descoberta em 1993, ao largo da costa do Texas, por Louis Sherman, da Universidade Purdue, em West Lafayette, Indiana, um co-autor do estudo. Pakrasi descobriu mais tarde que a bactéria tem um ciclo de duas fases diárias. Durante o dia, quando realiza fotossíntese, usando a luz solar e o dióxido de carbono para produzir (na verdade, resultando como subproduto) oxigênio e na polimerização de cadeias de moléculas de glicose chamados glicogênios. Quando o Sol se põe, a enzima nitrogenase do micróbio entra em ação, usando a energia armazenada no glicogênio para fixar o nitrogênio do ar em amônia. O hidrogênio é formado como um subproduto.
Os dois mecanismos são diferentes na medida que a fotossíntese é um processo aeróbico - que requer oxigênio - considerando que a fixação de nitrogênio e, consequentemente, a produção de hidrogênio, pode ocorrer somente por via anaeróbia, porque o contato com o oxigênio destrói a enzima nitrogenase. Mas a Cyanothece 51.142 consegue fixar nitrogênio, mesmo na presença de oxigênio atmosférico através da queima de oxigênio celular para produzir energia. Porque a fotossíntese não está ocorrendo, a bactéria utiliza o seu oxigênio celular de modo que a enzima nitrogenase é efetiva, em grande medida, num ambiente livre de oxigênio.
Reações Rítmicas
Cyanothece 51142 tem um ritmo circadiano natural que lhe permite ser "treinado" para produzir hidrogênio em quantidades maiores.
A Cyanothece 51142 foi descoberta em 1993, ao largo da costa do Texas, por Louis Sherman, da Universidade Purdue, em West Lafayette, Indiana, um co-autor do estudo. Pakrasi descobriu mais tarde que a bactéria tem um ciclo de duas fases diárias. Durante o dia, quando realiza fotossíntese, usando a luz solar e o dióxido de carbono para produzir (na verdade, resultando como subproduto) oxigênio e na polimerização de cadeias de moléculas de glicose chamados glicogênios. Quando o Sol se põe, a enzima nitrogenase do micróbio entra em ação, usando a energia armazenada no glicogênio para fixar o nitrogênio do ar em amônia. O hidrogênio é formado como um subproduto.
Os dois mecanismos são diferentes na medida que a fotossíntese é um processo aeróbico - que requer oxigênio - considerando que a fixação de nitrogênio e, consequentemente, a produção de hidrogênio, pode ocorrer somente por via anaeróbia, porque o contato com o oxigênio destrói a enzima nitrogenase. Mas a Cyanothece 51.142 consegue fixar nitrogênio, mesmo na presença de oxigênio atmosférico através da queima de oxigênio celular para produzir energia. Porque a fotossíntese não está ocorrendo, a bactéria utiliza o seu oxigênio celular de modo que a enzima nitrogenase é efetiva, em grande medida, num ambiente livre de oxigênio.
Reações Rítmicas
Cyanothece 51142 tem um ritmo circadiano natural que lhe permite ser "treinado" para produzir hidrogênio em quantidades maiores.
Depois de um ciclo único de 12 horas por dia e 12 horas por noite, Pakrasi e sua equipe mantiveram as luzes acesas por mais de 48 horas seguidas. Durante este tempo, os micróbios continuaram com a sua fixação 'noturna' de nitrogênio e a produção de hidrogênio no período que normalmente estaria escuro, as custas de mais combustível para o processo pela realização de fotossíntese. Os pesquisadores descobriram que, nestas condições, os micróbios ajustam a sua capacidade fotossintética para maximizar a fixação biológica de nitrogênio.
A quantidade de hidrogênio produzido dessa forma - 150 micromoles por miligrama de clorofila por hora [Nota 1] - é o maior valor já registrado em cianobactérias naturais sob condições normais de atmosfera, diz Pakrasi. Se as bactérias se comportaram da mesma maneira em um litro de meio de cultura como o fizeram nos 25 mililitros de meio utilizado na experiência, fariam pouco mais de 900 ml de hidrogênio em 48 horas - o tempo necessário para a experiência.
Nota 1: Considerando que um mol de hidrogênio molecular é igual a duas gramas, esta quantidade de moles é igual a 3 décimos de miligrama, nas "CNTP", pouco mais de 3 ml.
Alta Natural
"Este é o sistema mais eficaz publicado até agora para a produção de hidrogênio", diz Oliver Lenz da Universidade Humboldt de Berlim, que trabalha na enzima hidrogenase. Em seu trabalho, Lenz enxertou hidrogenase diretamente no fotossistema I, uma unidade de proteína necessária para a fotossíntese. Bactérias que ocorrem naturalmente, não podem competir com esses sistemas, com taxas de produção de hidrogênio no sistema de Lenz alcançando volumes maiores - 3.000 micromoles de hidrogênio por miligrama de clorofila por hora [Nota 2], Lenz diz - mas o sistema ainda não foi testado em um ambiente natural, e esse é a vantagem da descoberta do Pakrasi. "Eu nunca esperava tais taxas elevadas para um organismo natural," Lenz acrescenta. Abordagens sintéticas, tais como Lenz sofrem de ser de curta duração, como Pakrasi diz, muitas vezes perdendo capacidade dentro de horas, enquanto as cianobactérias "só vão manter por dias".
Nota 2: Aqui, já mais de 67 ml nas CNTP.
Outros organismos do tipo cianobactérias, como a alga Chlamydomonas reinhardtii , também produzir hidrogênio a taxas semelhantes, diz Olaf Kruse da Universidade de Bielefeld na Alemanha, que trabalha com a espécie. Mas esses outros micróbios precisam estritas condições anaeróbias para o trabalho. Kruse está ansioso para ver a escala de Pakrasi em seus experimentos para verificar se Cyanothece 51142 funciona tão bem quando cultivada em grandes volumes. Pakrasi diz que sua equipe está prestes a começar este trabalho, e já passou de 25 ml da cultura para 200 ml com resultados semelhantes.
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| Chlamydomonas reinhardtii - protist.i.hosei.ac.jp |
No momento, Cyanothece 51.142 tem pequenas quantidades de hidrogenase que consomem uma parte do hidrogênio na medida que este é produzido. Para fazer o trabalho de Cyanothece 51142 melhor, Lenz sugere modificar geneticamente a bactéria para conter uma enzima hidrogenase mais eficiente, de forma que menos hidrogênio seja perdido.
Referências
1. Bandyopadhyay, A. , Stöckel, J. , Min, H. , Sherman, L. A. & Pakrasi, H. B. Nature Commun. doi:10.1039/ncomms1139 (2010).
- CONTROL OF PHOTOSYNTHESIS IN CYANOTHECE SP. ATCC 51142 - www.bio.purdue.edu
- Bactéria Cyanothece converte luz do dia em energia - www.biotec-ahg.com.br
- Welsh E.A., et al; The genome of Cyanothece 51142, a unicellular diazotrophic cyanobacterium important in the marine nitrogen cycle; Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 30;105(39):15094-9. Epub 2008 Sep 23. - www.ncbi.nlm.nih.gov
Extras
Bacillus stratosphericus
- OSMAIRO VALVERDE; Bactéria da atmosfera encontrada em rio britânico pode ser a nova fonte de energia mundial - jornalciencia.com
- Artigo sobre esta bactéria: Cooper M, Fridman G, Fridman A, Joshi SG.; Biological responses of Bacillus stratosphericus to floating electrode-dielectric barrier discharge plasma treatment; J Appl Microbiol. 2010 Dec;109(6):2039-48. doi: 10.1111/j.1365-2672.2010.04834.x.
- Para conhecer células de combustível microbianas: Silvio Rachinski; Ademir Carubelli; Ana Paula Mangoni; Antonio S. Mangrich; Pilhas de combustíveis microbianas utilizadas na produção de eletricidade a partir de rejeitos orgânicos: uma perspectiva de futuro; Quím. Nova vol.33 no.8 São Paulo 2010.
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| Esquema de uma célula de combustível microbiana (editado de jornalciencia.com). |
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Um comentário:
Quem diria...Existe muita coisa interessante sendo descoberta.
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