Dieta impactante: Los investigadores describen un microbio que «come» electricidad

Un montón de dietas han capturado la imaginación del público en los últimos años, pero los científicos de Harvard han identificado la que podría ser la más extraña de todas: luz solar y electricidad. Los investigadores han demostrado que una bacteria común, Rhodopseudomonas palustris, pueden utilizar conductividad natural para extraer electrones de los minerales ubicados remotamente en el suelo y en los sedimentos mientras permanece en la superficie, donde absorbe la luz del Sol que necesita para producir energía

Un equipo de investigadores, dirigidos por Peter Guirguis, profesor asociado de Ciencias Naturales, y Arpita Bose, investigadora post-doctoral en Biología Evolutiva, demostró esta forma de alimentación casi extraterrestre. El estudio se describe en un documento en Nature Communications.

«Cuando se piensa en la electricidad y organismos vivos, la mayoría de la gente piensa en el Frankenstein de Mary Shelley, pero hemos comprendido hace tiempo que todos los organismos utilizan electrones —que constituyen la electricidad— para sus funciones», dijo Guirguis. «El núcleo de este artículo es un proceso llamado transferencia extracelular de electrones (Extracellular Electron Transfer, EET), que consiste en electrones que se mueven dentro y fuera de las células. Lo que pudimos demostrar es que estos microbios toman electricidad, que entra en su metabolismo central, y hemos sido capaces de describir algunos de los sistemas que intervienen en ese proceso.»

En la naturaleza, los microbios dependen del hierro para que les proporcione los electrones que necesitan para impulsar la generación de energía, pero las pruebas en el laboratorio sugieren que el hierro en sí mismo no es crítico para este proceso. Con la colocación de un electrodo a las colonias de microbios en el laboratorio, los investigadores observaron que podían tomar electrones de una fuente no ferrosa, lo que sugiere que también podrían utilizar otros minerales ricos en electrones —como otros metales y compuestos de azufre— en el medio silvestre.

«Eso es un cambio de juego», dijo Guirguis. «Hemos entendido desde hace mucho tiempo que los mundos aeróbicos y anaeróbicos interactúan principalmente a través de la difusión de químicos hacia dentro y fuera de esos dominios. Por consiguiente, también creemos que este proceso de difusión regula las tasas de muchos ciclos biogeoquímicos. Pero esta investigación indica… que esta capacidad de hacer la transferencia extracelular de electrones es, en cierto sentido, un truco para saltarse la difusión. Eso podría cambiar la forma en que pensamos acerca de las interacciones entre los mundos aeróbicas y anaeróbicas, y podría cambiar la forma de calcular los ritmos de los ciclos biogeoquímicos.»

Utilizando herramientas genéticas, los investigadores también pudieron identificar un gen que es esencial para la capacidad de absorber electrones. Cuando el gen se desactiva, dijo Guirguis, la capacidad de los microbios para tomar electrones se redujo en alrededor de un tercio.

«Estamos muy interesados en entender exactamente cuál es el papel de este gen juega en la captación de electrones», dijo Guirguis. «Se encuentran genes relacionados en otros microbios en la naturaleza, y no estamos exactamente seguros de lo que están haciendo en esos microbios. Esto ofrece cierta evidencia tentadora que otros microbios llevan a cabo este proceso.»

Las bases del nuevo estudio se establecieron hace más de dos décadas, cuando los investigadores primero caracterizaron una bacteria que «come» el óxido mediante la extracción de los electrones de los átomos de oxígeno que forman las moléculas de óxido de hierro.

Los investigadores más tarde usaron las bacterias para construir una «pila de combustible» microbiana en el que las bacterias manejaban los electrones no para la oxidación, sino a un electrodo que podía recolectar esa corriente.

Si algunos microbios podían generar la energía que necesitaban con electrones movidos hacia fuera de sus células, Guirguis y colegas se preguntaban, ¿podrían otros hacer lo mismo mediante la toma de electrones?

«Esa pregunta nos llevó de vuelta al hierro», dijo. «Los microbios que son foco de este trabajo son una imagen espejo de los que se alimentan del óxido. En lugar de utilizar el óxido de hierro para respirar, en realidad producen óxido de hierro del hierro libre.»

Cómo llegan a este hierro libre, sin embargo, no es tarea fácil.

Los microbios se basan en la luz del Sol para ayudarse a generar energía, pero el hierro que necesitan se encuentra en los sedimentos bajo la superficie. Para llegar allí, y aún así permanecer en la superficie, dijo Guirguis, los microbios han desarrollado una estrategia inusual. Los microbios parecen tomar electrones a través de los minerales conductores naturales. Además, como los microbios retiran electrones del hierro, crean cristales de óxido de hierro que se precipitan en el suelo alrededor de ellos. Con el tiempo, los cristales pueden llegar a ser conductores y actuar como «circuitos», permitiendo que los microbios oxiden minerales que de otra manera no podrían alcanzar.

«Lo que resuelve la paradoja de este organismo dependiente de la luz solar», dijo Guirguis. «Estos microbios unicelulares que crecen en biopelículas se han desarrollado con una manera de llegar eléctricamente y retirar los electrones de los minerales en el suelo para poder permanecer en el sol.»

A pesar de que sigue siendo escéptico sobre la eficacia del uso de microbios capaces de realizar EET para generar energía por medio de pilas de combustible, Guirguis dijo que hay otras aplicaciones —como en la industria farmacéutica— en donde se podrían utilizar los microbios.

«Creo que la mayor oportunidad de aplicación aquí es utilizar microbios que son capaces de tomar electrones para producir algo de interés», dijo, «sabiendo que les puede entregar electrones a través de un electrodo para que produzcan algo.»

Referencia de publicación: A. Bose, EJ Gardel, C. Vidoudez, EA Parra, PR Guirguis: Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4391.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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