La sinergia bio-fotocatalítica permite la valorización de CH 4 y CO 2 en hidrógeno y 4-hidroxibenzoato en bacterias metanotróficas diseñadas

RESUMEN La valorización de recursos descentralizados de cadena de un carbono (C 1 ) en productos de valor añadido ha recibido una atención significativa, debido a sus beneficios duales en la recuperación de recursos y mitigación del carbono. Para abordar el reto de la co-conversión de metano (CH 4 ) y dióxido de carbono (CO 2 ), desarrollamos un sistema biohíbrido impulsado por energía solar que integra sinérgicamente la biosíntesis y la fotocatálisis. El núcleo de este sistema se basa en una fábrica celular metanotrófica genéticamente modificada y complejos metálicos fotocatalíticos biocompatibles recién diseñados. Las bacterias metanotróficas utilizan CH 4 como sustrato primario para biosintetizar 4-hidroxibenzoato (4HBA) mientras realizan la captura de CO 2 . Los complejos metálicos fotocatalíticos, por su parte, capturan formiato (un subproducto metabólico de las células) para generar hidrógeno (H 2 ) y fotoelectrones—estos últimos suministrando directamente poder reductor para apoyar las actividades celulares en las células genéticamente modificadas. Bajo condiciones óptimas, este sistema impulsado por energía solar alcanzó un título de 4HBA de 472.36 µg/L, un rendimiento de H 2 de 0.59 mmol H 2 /mol CH 4 , y una reducción de más del 50% en emisiones de carbono. El estudio no solo establece una estrategia factible de biomanufactura para la reutilización de sustratos gaseosos C 1 sino que también destaca el potencial de integrar tecnologías biológicas y fotoquímicas para avanzar en soluciones energéticas y ambientales sostenibles.