Geobacter sulfurreducens

Geobacter sulfurreducens es una bacteria anaerobia que ha venido siendo estudiada en la UNAM desde hace más de una década para conocer sus sorprendentes cualidades. Katy Juárez López del Instituto de Biotecnología (IBt) de la Universidad de México ha estudiado estos microorganismos que son habitantes naturales de sedimentos acuáticos, con una notable habilidad de obtener energía acoplando la oxidación de compuestos orgánicos con la reducción de metales.

 

Este proceso de respirar metales y producir energía no solo resulta en la producción de electricidad sino también en la capacidad de estas bacterias para descontaminar sitios afectados por petróleo, cromo, vanadio y hasta uranio. Una de las características más subyugantes de estas bacterias es su capacidad electroactiva. Ellas pueden transferir electrones y generar electricidad, además reducen metales pesados y tóxicos con lo que son útiles en ambientes contaminados.

 

En el Instituto de Biotecnología (IBt) ubicado en el campus Morelos, Katy Juárez López trabaja desde hace 13 años con estos microorganismos que se alimentan de compuestos orgánicos y respiran metales. Al llevar a cabo este proceso, liberan electrones, producen electricidad y son capaces de limpiar sitios contaminados al reducir los metales.

En noviembre del año pasado (2023) se hablaba de su utilización en el fondo del suelo marino en una tecnología que se conoce como “baterias de combustible microbiana”. Con la Geobacter sulfurreducens se pueden crear nanocables de proteínas, funcionando como cables eléctricos en miniatura, capaces de transferir electrones a grandes distancias. Estas bacterias pueden crear biopeliculas de proteínas que transmiten electrones a través de la humedad del aire… En el Laboratorio IBt, Katy Juárez López y su equipo, investigan la producción de estos nanocables y la regulación de la expresión genética para mejorar la conductividad de las biopelículas.

 

En México se está aplicando esta tecnología en sitios pilotos incluyendo el río Coatzacoalcos en Veracruz y en áreas contaminadas en Guerrero y Guanajuato. El trabajo del IBt no solo se centra en las aplicaciones prácticas sino también en para comprender los procesos genéticos subyacentes que permiten estas notables capacidades a las bacterias, lo que podría llevar a futuras innovaciones en los campos de la energía renovable y la biorremediación.

 

En el mundo se usan en el fondo del suelo marino, donde es muy difícil cambiar baterías, en tecnologías que se llaman baterías de combustible microbiano. En el electrodo, las bacterias forman una biopelícula y capacidad para estar pasando electrones constantemente, mientras tengan materia orgánica. Además, Geobacter sulfurreducens crea unos nanocables de proteínas, estructuras muy pequeñas, que con otras proteínas pueden servir como un cable eléctrico y llegar muy lejos transfiriendo esos electrones.

El pasado mes de mayo de este año 2024 científicos de la Universidad de Yale y de la Universidad de Nova de Lisboa han publicado un estudio en Nature Communications que nos descubre una red eléctrica subterránea impulsada por bacterias bajo nuestros pies y la responsable no es otra que una protobacteria, la Geobacter sulfurreducens, especializada en sobrevivir en condiciones extremas, donde el oxígeno es escaso o prácticamente inexistente.

 

Esta fuente de energía natural sirve además para biorremediar sitios contaminados con petróleo y con varios metales. Al llevar a cabo este proceso, liberan electrones, producen electricidad y son capaces de limpiar sitios contaminados al reducir los metales. “Estas bacterias electroactivas tienen la cualidad de transferir electrones y generar electricidad. Normalmente se encuentran en sedimentos acuáticos de ríos y mares, pueden respirarpueden respirar metales y es posible usarlos para producir energía. Los microorganismos consumen la materia orgánica, la transforman, y los electrones resultado de la degradación de esa materia se pueden pasar a los metales, incluso algunos como el uranio, para hacerlo menos tóxico”, explicó Juárez.

 

En el mundo se usan en el fondo del suelo marino, donde es muy difícil cambiar baterías, en tecnologías que se llaman baterías de combustible microbiano. En el electrodo, las bacterias forman una biopelícula y capacidad para estar pasando electrones constantemente, mientras tengan materia orgánica. Además, Geobacter sulfurreducens crea los nanocables de proteínas, que son estructuras muy pequeñas, que con otras proteínas pueden servir como un cable eléctrico y llegar muy lejos transfiriendo esos electrones.

 

“Este año se descubrió que si esos nanocables se dan a mayor escala pueden formar biopelículas de proteína, las cuales pueden pasar electrones a través de la humedad del aire, así que podrían a distancia encender una luz LED.”Además, comprender las propiedades bioeléctricas de estas bacterias, según señalan los científicos, puede ser fundamental para el desarrollo de biomateriales, nuevas aplicaciones tecnológicas o para combatir el cambio climático.

 

Salgueiro y Malvankar especifican que los microbios absorben el 80% del metano del océano, un importante contribuyente al calentamiento global, emitido desde los fondos oceánicos. Sin embargo, los microbios de la superficie terrestre representan el 50% de las emisiones de metano a la atmósfera. Por lo tanto, al entender mejor los procesos metabólicos de estos microorganismos nos permitiría desarrollar estrategias para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

 

Los autores del estudio para responder a cómo es posible este estallido de electrones apuntan a unas proteínas llamadas citocromos. Ellas son las que proporcionan el impulso eléctrico necesario para liberar los electrones. Nikhil Malvankar, profesor del Instituto de Ciencias Microbianas de Yale, y Carlos Salgueiro, profesor titular de NOVA-FCT, han estudiado exhaustivamente los componentes de esta red eléctrica microbiana.

Sin embargo, no estaba claro hasta ahora cómo las bacterias podían transmitir el exceso de electrones producidos por la actividad metabólica a nanocables que se proyectan desde su superficie y se conectan con minerales o organismo s vecinos. Descubrieron que muchos tipos de bacterias del suelo dependen de una única y extendida familia de citocromos dentro de sus cuerpos para cargar los nanocables.

 

Malvankar y Salgueiro han aclarado que estas proteínas, en esencia, actúan como enchufes que alimentan estos nanocables para crear una red eléctrica natural en las profundidades de la Tierra, lo que permite que muchos tipos de microbios sobrevivan y sustenten la vida. Y se conectan a ellos por electromagnetismo, creando una red biológica conectada.

 

Maracaibo, martes 4 de junio del año 2024