Desde 1911, quando o micologista britânico Michael Cressé Potter notou que a levedura de cerveja gerava eletricidade, os cientistas têm tentado aproveitar o poder das células de combustível microbianas das bactérias.

Mas a eficiência dos pequenos e emergentes “biorreatores” tem sido demasiado baixa para utilização prática. Além do mais, acontece que os micróbios podem ser surpreendentemente exigentes quanto aos substratos que digerem para criar eletricidade.

Agora, uma equipe de investigadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne (EPFL) desenvolveu uma das espécies mais comuns de bactérias, a Escherichia coli, para gerar eletricidade a partir de águas residuais de cervejarias – e ultrapassou as mais recentes estirpes de bioengenharia.

“Embora existam micróbios exóticos que produzem eletricidade naturalmente, eles só conseguem fazê-lo na presença de produtos químicos específicos”, explica o autor sênior e engenheiro químico Ardemis Boghossian, da EPFL.

“A E. coli pode crescer numa vasta gama de fontes, o que nos permitiu produzir eletricidade numa vasta gama de ambientes, incluindo a partir de águas residuais.”

Para melhorar a capacidade da E. coli de gerar eletricidade, os investigadores modificaram o seu genoma para incluir instruções para complexos proteicos encontrados em Shewanella oneidensis, uma das bactérias geradoras de eletricidade mais conhecidas.

S. oneidensis produz um fluxo de elétrons ao reduzir metais, um sinal elétrico que tem sido usado, por exemplo, para detectar metais tóxicos como o arsênico em sistemas protótipos.

Ao incorporar todos os componentes da via de geração de eletricidade de S. oneidensis em E. coli , Mohammed Mouhib, principal autor do estudo, Boghossian e colegas aumentaram sua eletroatividade duas vezes em comparação com cepas previamente projetadas (que incluíam apenas parte do S. via oneidensis).

No entanto, esses experimentos foram feitos em uma única câmara em condições de laboratório. O verdadeiro teste para qualquer tecnologia potencial é saber se ela pode funcionar em ambientes industriais.

Pesquisas anteriores exploraram o uso de algas no tratamento de águas residuais de cervejarias. As cervejarias precisam processar a água que usam para lavar os grãos e esvaziar os tanques antes de descartá-la, porque ela contém uma mistura inebriante de açúcares, amidos, álcoois e leveduras que podem desencadear flores microbianas indesejáveis ​​se forem descartadas sem tratamento.

Assim, a equipe testou o seu sistema de E. coli numa amostra de águas residuais recolhidas numa cervejaria local em Lausanne, na Suíça,  em que as bactérias modificadas se alimentaram alegremente durante 50 horas.

“Nossas bactérias elétricas criadas pela bioengenharia foram capazes de florescer exponencialmente alimentando-se desses resíduos”, diz Boghossian, enquanto a S. oneidensis, usada como comparador, não foi capaz de digerir o efluente misto.

Isto torna a E. coli modificada muito mais adequada para o tratamento de águas residuais industriais, mesmo que o seu potencial de geração de eletricidade seja ainda mais lento do que o da S. oneidensis , dizem os investigadores.

O apetite da E. coli por diferentes substratos químicos também significa que as bactérias modificadas poderiam ser adaptadas a outros fluxos de resíduos e matérias-primas.

Em qualquer caso, os investigadores terão de testar se a sua E. coli modificada pode processar volumes industriais. Se assim for, poderia trazer algumas economias de energia consideráveis.

“Em vez de colocar energia no sistema para processar resíduos orgânicos, estamos produzindo eletricidade enquanto processamos resíduos orgânicos ao mesmo tempo – atingindo dois coelhos com uma cajadada só”, diz Boghossian.

O estudo foi publicado em Joule.