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Los microbiólogos Derek Lovley, Zarath Summers y sus colegas en la Universidad de Massachusetts anuncian en el ejemplar del 2 de diciembre de la revista Science que han descubierto un nuevo comportamiento de cooperación en las bacterias anaerobias, conocido como transferencia de electrones entre especies, que podría tener implicaciones importantes para el ciclo global del carbono y bioenergía

Los científicos encontraron que microorganismos de diferentes especies, en este caso dos especies del género Geobacter, pueden formar conexiones eléctricas directas y pasar una corriente eléctrica de un microbio al otro. Al cooperar de esta manera los dos microbios pueden consumir alimentos que ninguno de ellos podía utilizar por sí mismo.

Los agregados de células o “grandes bolas de evolución” que Summers hizo desarrollar en laboratorio se parecen mucho a las que se encuentran en la naturaleza, que participan en la degradación de la materia orgánica para convertiela en gases de efecto invernadero: dióxido de carbono y metano. La conversión de desechos en metano que realizan los agregados microbianos es un método cada vez más popular para producie gas natural como fuente de energía renovable.

Se pueden encontrar otros de estos microorganismos consumiendo metano en los respiraderos en el fondo del océano. En ambos casos, los investigadores han estado desconcertados durante años respecto a cómo funcionan estos agregados, porque el paradigma de transferencia de hidrógeno entre especies, que tiene 40 años de edad, no parece encajar con las observaciones. Ahora, el misterio parece estar resuelto.

Como explica Lovley, el investigator principal: “Hemos puesto los microbios en las condiciones en las que tenían que operar juntos para poder sobrevivir y crecer utilizando el alcohol que les dimos como fuente de energía. Ellos son los máximos compinches de borrachera, colaborando para consumir etanol”.

Con el apoyo del Programa de Ciencia Genómica del Departamento de Energía de EEUU, su laboratorio ha estado explotando la capacidad de los microorganismos para adaptarse a nuevas condiciones y desarrollando microbios para aplicaciones prácticas.

Se sabe desde la década de los 60 que los microorganismos pueden, indirectamente, intercambiar electrones indirectamente, por un proceso conocido como transferencia de hidrógeno entre especies. En este proceso, un microbio produce hidrógeno que otro microbio luego consume. Hubo experimentos llevados a cabo por el candidato al doctorado Summers para explorar bien este fenómeno, que han llevado al descubrimiento del proceso de transferencia directa.

Para empezar, Summers puso dos especies de Geobacter juntas bajo condiciones previstas para favorecer la participación en las interacciones con hidrógeno. Al principio, las células no cooperaban para consumir el alcohol compartiendo el hidrógeno. Con el tiempo, comenzaron a agruparse y a transformarse desde un cultivo de células microscópicas dispersas, invisibles a simple vista, a un conjunto de complejas estructuras multicelulares, de milímetros de diámetro.

Resistiendo las exhortaciones de sus compañeros de laboratorio de sacudir los cultivos y romper los inesperados grumos de células, Summers continuó permitiendo que crecieran las esferas. Ahora mostraban un color rojo intenso, debido a la presencia de proteínas con contenido de hierro que se conocen como citocromos. Al observarlas con un microscopio electrónico, se notó que habían desarrollado claramente una estructura compleja con una serie de canales, presumiblemente para ayudar la entrada de nutrientes. Habían establecido, también, conexiones eléctricas completamente nuevas, que les permitían compartir electrones directamente.

“La transferencia directa de electrones es mucho más eficiente y consumen el alcohol mucho más rápido de esta manera”, señaló Summers. La secuenciación del ADN en las bolas rojas grandes reveló el secreto de esta conexión eléctrica: una mutación en una de las especies Geobacter había ordenado producir mucho más de un citocromo conocido como OMCS. Estudios previos en el laboratorio de Lovely habían mostrado que el OMCS se alinea a sobre los filamentos conductores de electricidad de la Geobacter, conocidos como nanocables microbianos.

“Este giro de los acontecimientos sugiere que el citocromo fue clave para la conexión eléctrica entre las células”, dijo Summers. Esto fue confirmado en experimentos posteriores con microorganismos genéticamente manipulados. Cuando los investigadores eliminaron los genes del citocromo o de los nanocables, los microbios no formaron las bolas rojas y nunca utilizaron con eficacia su combustible de alcohol. Lovley, Summers y sus colegas ubicaron así el origen del nuevo comportamiento de los microbios.

Otros experimentos demostraron que se introducía si la mutación antes de poner juntas los dos Geobacter, las bolas se formaron rápidamente y consumieron alcohol. Eliminando un gen que sería necesario para que las células intercambien hidrógeno también apresuró la formación de la pelota, lo que demuestra que la transferencia de hidrógeno entre especies no es un factor importante. “Este es un claro caso de vida evolucionando para funcionar más eficazmente en un nuevo entorno”, dice Lovley.

“Estamos suponiendo que muchos tipos de agregados naturales se basan en la transferencia de electrones entre especies”, dijo Lovley. “Ya tenemos algunas buenas pruebas preliminares de esto con algunos de los sistemas naturales más complejos. Con la secuenciación del ADN podemos determinar cómo evolucionan los microbios cuando los retamos a hacerlo mejor. Podemos aprender mucho sobre los mecanismos básicos del proceso que nos interesa”, añadió.

Referencia de publicación: Science, 2010. DOI: 10.1126/science.1196526.

Fuente: Azo Nanotechnology y Ars Technica. Aportado por Eduardo J. Carletti


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