O processo bioquímico pelo qual as cianobactérias adquirem nutrientes das rochas no deserto de Atacama, no Chile, inspirou engenheiros da Universidade da Califórnia, em Irvine, a pensar em novas maneiras pelas quais os micróbios podem ajudar os humanos a construir colônias na Lua e em Marte.
Pesquisadores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UCI e do Departamento de Biologia da Universidade Johns Hopkins usaram microscopia eletrônica de alta resolução e técnicas avançadas de imagem espectroscópica para obter uma compreensão precisa de como os microrganismos modificam os minerais naturais e as nanocerâmicas produzidas sinteticamente. Um fator chave, segundo os cientistas, é que as cianobactérias produzem biofilmes que dissolvem partículas magnéticas de óxido de ferro nas rochas de gesso, transformando posteriormente a magnetita em hematita oxidada.
As descobertas da equipe, que são o assunto de um artigo publicado recentemente na revista Materials Today Bio , podem fornecer um caminho para novos métodos de mineração biomimética. Os autores também disseram que veem os resultados como um passo para o uso de microorganismos em impressão 3D em larga escala ou manufatura aditiva em uma escala útil na engenharia civil em ambientes hostis, como os da Lua e de Marte.
“Através de um processo biológico que evoluiu ao longo de milhões de anos, esses minúsculos mineradores escavam rochas, extraindo os minerais essenciais para as funções fisiológicas, como a fotossíntese, que permitem sua sobrevivência”, disse o autor David Kisailus, professor de materiais da UCI. ciência e engenharia. “Os humanos poderiam usar uma abordagem bioquímica semelhante para obter e manipular os minerais que consideramos valiosos? Este projeto nos levou por esse caminho.”
O Deserto do Atacama é um dos lugares mais secos e inóspitos da Terra, mas a Chroococcidiopsis , uma cianobactéria encontrada em amostras de gesso coletadas ali pela equipe de Johns Hopkins, desenvolveu “as adaptações mais surpreendentes para sobreviver em seu habitat rochoso”, disse o coautor Jocelyne DiRuggiero, professora associada de biologia na Universidade de Baltimore.
“Algumas dessas características incluem a produção de clorofila que absorve fótons de vermelho distante e a capacidade de extrair água e ferro dos minerais circundantes”, acrescentou ela.
Usando microscópios eletrônicos avançados e instrumentos espectroscópicos, os pesquisadores encontraram evidências dos micróbios no gesso, observando como os próprios minerais contidos foram transformados.
“As células de cianobactérias promoveram a dissolução da magnetita e a solubilização do ferro, produzindo abundantes substâncias poliméricas extracelulares, levando à dissolução e oxidação da magnetita em hematita”, disse DiRuggiero. “A produção de sideróforos [compostos de ligação de ferro gerados por bactérias e fungos] foi aprimorada na presença de nanopartículas de magnetita, sugerindo seu uso pelas cianobactérias para adquirir ferro da magnetita.”
Kisailus disse que a maneira como os microorganismos processam metais em sua casa desolada o fez pensar sobre nossas próprias práticas de mineração e fabricação.
“Quando extraímos minerais, muitas vezes acabamos com minérios que podem apresentar desafios para a extração de metais valiosos”, disse ele. “Frequentemente precisamos submeter esses minérios a um processamento extremo para transformá-los em algo de valor. Essa prática pode ser financeiramente e ambientalmente cara”.
Kisailus disse que agora está pensando em uma abordagem bioquímica usando análogos naturais ou sintéticos para sideróforos, enzimas e outras secreções para manipular minerais onde apenas um grande triturador mecânico funciona atualmente. E dando um salto a partir daqui, ele disse que também poderia haver uma maneira de fazer com que os microorganismos empreguem capacidades bioquímicas semelhantes para produzir um material de engenharia sob demanda em locais menos convenientes.
“Eu chamo de ‘formação lunar’ em vez de terraformação”, disse Kisailus. “Se você quiser construir algo na lua, em vez de arcar com as despesas de ter pessoas fazendo isso, poderíamos ter sistemas robóticos de mídia de impressão 3D e, em seguida, fazer com que os micróbios o reconfigurassem em algo de valor. Isso poderia ser feito sem colocar em risco vidas humanas”.
Ele acrescentou que os humanos nem sempre precisam usar abordagens edisonianas para descobrir como fazer as coisas.
“Este é o tema principal do meu Laboratório de Biomimética e Materiais Nanoestruturados. Por que tentar reinventar a roda quando a natureza a aperfeiçoou ao longo de centenas de milhões de anos?” disse Kisailus. “Nós apenas temos que extrair os segredos e projetos para o que a natureza faz e aplicá-los ou adaptá-los ao que precisamos.”
Este projeto foi financiado pelo Gabinete de Pesquisa do Exército e contou com o auxílio de instrumentos disponibilizados pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia. A equipe de pesquisa também incluiu Wei Huang, um bolsista de pós-doutorado no grupo de laboratório de Kisailus; Taifeng Wang, Ph.D., que se formou recentemente na UCI e agora trabalha na Intel; e Cesar Perez-Fernandez no Departamento de Biologia da Universidade Johns Hopkins.
Fonte:
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221209094746.htm
