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pubblicazioni - Presentazione

Stasis and acceleration of the glucose metabolism of Thermotoga neapolitana in the anodic and cathodic compartments of hyperthermophilic bioelectrochemical systems

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Stasis and acceleration of the glucose metabolism of Thermotoga neapolitana in the anodic and cathodic compartments of hyperthermophilic bioelectrochemical systems

I Thermotoga neapolitana sono batteri in grado di metabolizzare il glucosio in idrogeno e lattato alla temperatura di 80°C, pertanto sono di interesse per applicazioni dove l’idrogeno è il prodotto o un elemento importante del processo. In questo lavoro è stato analizzato il metabolismo del glucosio di colture di T. neapolitana nei due compartimenti (anodico, catodico) di una cella bioelettrochimica. I risultati indicano chiaramente che il metabolismo del glucosio è completamente inibito nei compartimenti anodici.

I microrganismi ipertermofili sono caratterizzati da un metabolismo produttivo estremo che consente loro di sopravvivere in condizioni così difficili per la vita, quali una temperatura di 80°C fino a più di 100°C, e in condizioni di scarsità di nutrienti organici energetici. L’uso di singoli ceppi in condizioni ipertermofile è un possibile modo innovativo per rendere i sistemi elettrochimici più semplici da gestire ed efficienti. Una speciale composizione molecolare della membrana esterna o una toga che ricopre la cellula batterica (come nel caso di Thermotoga spp.), riccha di legami ionici [1], può facilitare l’adesione di questi batteri a substrati elettricamente polarizzati. Infatti, studi recenti con Thermotoga neapolitana coltivati in sistemi elettrochimici hanno dimostrato una rapida formazione di biofilm batterico [2], soprattutto su tessuto di carbonio polarizzato in un intervallo da -1,2 V a 1,2 V [3]. I T. neapolitana sono batteri in grado di metabolizzare il glucosio in idrogeno e lattato alla temperatura di 80°C, pertanto stanno attirando l’attenzione per il loro potenziale sfruttamento per applicazioni dove l’idrogeno è il prodotto o un elemento importante del processo (come l’elettrometanogenesi). In quest’ottica è stata condotta una specifica sperimentazione con ceppo di T. neapolitana coltivato in sistemi elettrochimici a doppia camera, con l’obiettivo di esplorare l’interazione di questo ceppo batterico con l’anodo e gli elettrodi catodici.

Una coltura arricchita di 5 g/L di glucosio, sotto pressione di CO2, a 80 °C, è stata utilizzata per riempire sia il compartimento anodico che quello catodico del sistema elettrochimico, applicando una tensione di 1,5 V tra anodo e catodo in prove durate dieci giorni. Il metabolismo del glucosio delle colture nei compartimenti anodico, catodico e non polarizzato è stato valutato mediante analisi chimiche degli acidi prodotti. I risultati indicano chiaramente che i batteri hanno colonizzato sia gli anodi che i catodi, ma il metabolismo del glucosio è stato completamente inibito nei compartimenti anodici. Diversamente, le cellule batteriche hanno prodotto idrogeno, acido acetico e lattico dal metabolismo del glucosio nelle altre condizioni testate: più velocemente nel compartimento con elettrodi catodici polarizzati che nel compartimento con elettrodi non polarizzati e senza elettrodi (controlli). Inoltre, analisi chimiche indicano la possibilità di una produzione capnofilica di lattato da acetato nei compartimenti catodici. I batteri sono risultati ancora vivi sugli anodi, anche se in condizione di stasi, fino a pH 3.

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