Un equipo de científicos, dirigido por la Universidad de Bristol, ha desarrollado un nuevo sistema de proteínas fotosintéticas que permite un enfoque mejorado y más sostenible para los dispositivos tecnológicos alimentados por energía solar.
La iniciativa es parte de un esfuerzo más amplio en el campo de la biología sintética para usar proteínas en lugar de materiales artificiales que a menudo son escasos, caros y pueden ser perjudiciales para el medio ambiente cuando el dispositivo se vuelve obsoleto.
El objetivo del estudio, publicado hoy en Nature Communications, fue el desarrollo de complejos fotosintéticos “quimeras” que muestren la recolección de energía solar policromática.
Por primera vez, los científicos pudieron construir un único sistema de proteínas que usa clorofila y bacterioclorofila, y al hacerlo han demostrado que los dos sistemas de pigmentos pueden trabajar juntos para lograr la conversión de energía solar.
El autor principal del estudio y lector en bioquímica de la Universidad de Bristol, el Dr. Mike Jones, dijo: “En el pasado, se utilizaron dos tipos principales de proteínas para la conversión de energía solar en dispositivos tecnológicos. Los primeros provienen de organismos fotosintéticos ‘oxigenados’ -plantas, algas y cianobacterias- que contienen clorofila como su pigmento fotosintético principal y producen oxígeno como producto de desecho del proceso. Los segundos son de organismos ‘anoxigenicos’, bacterias que contienen bacterioclorofila como su pigmento fotosintético primario”.
“Hemos reunido estas dos proteínas, de partes muy diferentes del mundo fotosintético, en un solo fotosistema biológico que permite una mayor expansión de la energía solar. También hemos demostrado que este sistema puede interconectarse con electrodos artificiales para lograr una conversión expandida de solar a eléctrica”.
Los científicos, del Instituto BrisSynBio de la Universidad, en colaboración con colegas de fotoelectroquímica de la Universidad Libre de Amsterdam, purificaron una proteína del “centro de reacción” de una bacteria fotosintética de color púrpura y una proteína de recolección de luz de una planta verde (en realidad, producida recombinantemente en E. coli) y los encerró permanentemente juntos usando un dominio de enlace tomado de una segunda bacteria. El resultado es el primer complejo único con una composición de proteínas y pigmentos bien definida que muestra una conversión de energía solar expandida.
Figura 1. Las proteínas de una planta verde y una bacteria púrpura están unidas por un dominio de interfaz genéticamente codificado (azul/amarillo).
El estudio financiado por BBSRC y EPSRC fue en gran parte el trabajo del Dr. Juntai Liu, un estudiante de doctorado en el Centro de Formación Doctoral de la Universidad de Bristol en Biología Sintética. Este avance es un ejemplo de un enfoque de biología sintética, que trata las proteínas como componentes que pueden ensamblarse de formas nuevas e interesantes utilizando una interfaz común y predecible.
“Este trabajo muestra que es posible diversificar los sistemas de proteínas que pueden integrarse en dispositivos más allá de los que la naturaleza suministra, utilizando un enfoque simple logrado únicamente a través de la codificación genética”, dijo el Dr. Jones.
El Dr. Jones dijo que el siguiente paso era expandir la paleta de pigmentos fotosintéticos, usando proteínas de las cianobacterias que contienen pigmentos de bilina que absorben la luz amarilla y naranja, y explorar las enzimas de enlace a estos nuevos sistemas de fotos para utilizar la luz solar para impulsar la catálisis.
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