Il corpo umano è popolato da un numero maggiore di microbi rispetto alle sue stesse cellule. Questi microbi sopravvivono utilizzando percorsi metabolici che variano drasticamente da quelli umani.

Arpita Bose, dottorato di ricerca, della Washington University di St. Louis, è interessato a comprendere il metabolismo di questi microrganismi ubiquitari, e mettere a frutto questa conoscenza per affrontare la crisi energetica e altre applicazioni.

Una delle più grandi domande di ricerca per il suo laboratorio riguarda la comprensione della fotoferrotrofia, o usando luce ed elettroni da una fonte esterna per la fissazione del carbonio. Gran parte della fonte di energia consumata dagli esseri umani proviene dalla fissazione del carbonio negli organismi fototrofi come le piante. La fissazione del carbonio comporta l'utilizzo di energia dalla luce per alimentare la produzione di zuccheri che poi consumiamo per produrre energia.

Prima che Bose iniziasse la sua ricerca, gli scienziati avevano scoperto che alcuni microbi interagiscono con l'elettricità nei loro ambienti, persino donando elettroni all'ambiente. Bose ipotizzò che potesse essere vero anche il contrario e cercò di dimostrare che alcuni organismi possono anche accettare elettroni da ossidi metallici nei loro ambienti. Utilizzando un ceppo batterico chiamato Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1), Bose ha identificato questo processo chiamato assorbimento di elettroni extracellulari (EEU).

Dopo aver mostrato che alcuni microrganismi possono assorbire elettroni dall'ambiente circostante e aver identificato un insieme di geni che codificano per questa capacità, Bose ha scoperto che questa capacità dipendeva dalla presenza o meno di una fonte di luce. Senza la presenza della luce, questi organismi hanno perso il 70% della loro capacità di assorbire elettroni.

Poiché gli organismi studiati da Bose possono fare affidamento sulla luce come fonte di energia, Bose ipotizzò che questa dipendenza dalla luce per l'assorbimento degli elettroni potesse significare una funzione degli elettroni nella fotosintesi. Con studi successivi, Il team di Bose ha scoperto che questi elettroni che i microrganismi stavano prendendo stavano entrando nel loro fotosistema.

Per dimostrare che gli elettroni avevano un ruolo nella fissazione del carbonio, Bose e il suo team hanno esaminato l'attività di un enzima chiamato RuBisCo, che svolge un ruolo fondamentale nella conversione dell'anidride carbonica in zuccheri che possono essere scomposti per produrre energia. Hanno scoperto che RuBisCo era più fortemente espresso e attivo quando si stava verificando l'EEU, e quello, senza RuBisCo presente, questi organismi hanno perso la loro capacità di assorbire elettroni. Questa scoperta suggerisce che organismi come TIE-1 sono in grado di assorbire elettroni dal loro ambiente e usarli insieme all'energia luminosa per sintetizzare molecole per fonti di energia.

Oltre ad ampliare la nostra comprensione della grande diversità nel metabolismo, La ricerca di Bose ha profonde implicazioni nella sostenibilità. Questi microbi hanno il potenziale per svolgere un ruolo fondamentale nella generazione di energia pulita.