Investigadores describen a los microbios de la electricidad que tienen una dieta eléctrica, la bacteria comúnmente encontrada palustris Rhodopseudomonas puede utilizar conductividad natural para absorber electrones a partir de minerales situados a distancia en el suelo y los sedimentos mientras permanece en la superficie, donde absorben la luz del sol necesaria para producir energía.
Ha habido un montón de dietas de moda que capturaron la imaginación del público en los últimos años, pero los científicos de Harvard han identificado la que podría ser la más extraña de todas ellas – la luz solar y la electricidad.
Dirigido por Peter Guirguis, profesor asociado de Ciencias Naturales del John L. Loeb, y Arpita Bose, investigador post-doctoral en organísmica y Biología Evolutiva, un equipo de investigadores que demostró que la bacteria comúnmente encontrada, la palustris Rhodopseudomonas, puede utilizar conductividad natural para absorber los electrones de minerales situados en profundidad en el suelo y los sedimentos mientras permanece en la superficie, donde absorben la luz del sol necesaria para producir energía.
El estudio se describe en un documento el 26 de febrero en Nature Communications.
«Cuando se piensa en la electricidad y los organismos vivos, la mayoría de la gente por defecto piensa en Frankenstein de Mary Shelley, pero se ha comprendido desde hace tiempo que todos los organismos utilizan realmente electrones – lo que constituye la electricidad – que hace el trabajo», dijo Guirguis.
«El corazón de este trabajo es un proceso llamado transferencia de electrones extracelular (EET), que consiste en electrones que se mueven dentro y fuera de las células. Lo que pudimos demostrar es que estos microbios ocupan la 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 de hierro para proporcionar 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 los 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 los productos químicos dentro y fuera de esos dominios.
Por consiguiente, también creemos este proceso de difusión regula las tasas de muchos ciclos biogeoquímicos. Pero esta investigación indica… que esta capacidad de hacer EET es, en cierto sentido, un fin, correr alrededor de la difusión.
Eso podría cambiar la forma en que pensamos acerca de las interacciones entre los mundos aeróbicos y anaeróbicos, y podría cambiar la forma de calcular las tasas de los ciclos biogeoquímicos. »
Con el uso de herramientas genéticas, los investigadores también fueron capaces de identificar un gen que es esencial para la capacidad de absorción de 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 qué papel juega este gen en la captación de electrones», dijo Guirguis. «Los genes relacionados se encuentran a través de 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.»
La fundación para el nuevo estudio fue colocada hace más de dos décadas, cuando los investigadores primero caracterizaron una bacteria que «come» el óxido mediante la entrega 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 entregadas fuera de los electrones no se oxidan, pero con un electrodo que podrían cosechar esta corriente.
Si algunos microbios podrían generar la energía que necesitaban por electrones que se mueven fuera de sus celdas, Guirguis y sus colegas se preguntaban, ¿podrían los demás hacer lo mismo mediante la adopción de los electrones desde afuera?
«Esa pregunta nos llevó de vuelta al hierro», dijo. «Los microbios que son el foco de este trabajo son el reflejo de los que se alimentan de óxido. En lugar de utilizar el óxido de hierro para respirar, en realidad hacen los óxidos de hierro sin hierro.»
Cómo llegar estar libre de hierro, sin embargo, no es tarea fácil.
Los microbios se basan en la luz del sol para ayudar a generar energía, pero el hierro que necesitan se encuentra en los sedimentos bajo la superficie. Para llegar a él, los microbios han desarrollado una estrategia inusual. Los microbios parecen tomar electrones a través de minerales que son naturales conductores. También, como los microbios tiran los electrones de hierro, crean cristales de óxido de hierro que 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 hace es resolver la paradoja de este organismo dependiente de la luz solar», dijo Guirguis. «Estos microbios unicelulares que crecen en biopelículas han subido con una manera de llegar eléctricamente a tirar los electrones de los minerales en el suelo para que puedan permanecer en el sol.»
A pesar de que sigue siendo escéptico sobre la eficacia del uso de microbios capaces de realizar EET para la generación de energía a través de las pilas de combustible, Guirguis dijo que hay otras aplicaciones – como la industria farmacéutica – en donde los microbios podrían ser objeto de un uso.
«Creo que la mayor oportunidad aplicada aquí es el uso de microbios que son capaces de tomar electrones para producir algo que es de interés», dijo, «sabiendo que les puede dar a los electrones que hacer a través de un electrodo.»
Basado en materiales proporcionados por la Universidad de Harvard.
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