Redes eléctricas bacterianas-minerales
Geobacter sulfurreducensKATO ET AL.
Investigadores japoneses han descubierto que dos especies de bacterias pueden usar minerales en el suelo para transferir electrones a largas distancias, según una investigación publicada hoy (4 de junio) en Proceedings of the National Academy of Sciences. Esto crea corrientes entre las especies y las convierte en redes eléctricas vivas, lo que les permite cooperar para descomponer sustancias químicas en su entorno que no podrían metabolizar individualmente.
El resultado es un “gran paso” hacia la aceptación del electrón como un elemento clave de la vida bacteriana, dijo Lars Peter Nielsen de la Universidad de Aarhus, quien no participó en el estudio. «La transferencia de electrones microbianos ya no es solo un tema exótico y marginal, sino que se está abriendo camino hacia la ecología microbiana convencional».
Los relés de electrones son la esencia de la vida. Cuando los organismos respiran, extraen electrones de los alimentos y los donan a aceptores de electrones como el oxígeno, liberando energía…
Pero tales rutas solo pueden transportar electrones a distancias micrométricas y no pueden explicar cómo las bacterias de los sedimentos en el fondo del océano puede transferir electrones en centímetros, como descubrió Nielsen en 2010. Aquellos dentro del sedimento, unos centímetros más abajo, comen sulfuro de hidrógeno, eliminando los electrones de las moléculas. Los que están en la superficie luego desvían los electrones hacia el oxígeno en el agua. Pero no estaba claro cómo los electrones pasaban de las bacterias enterradas a las células en la superficie.
Una idea, sugerida por primera vez en la década de 1960, era que los minerales conductores en el sedimento podrían canalizar los electrones a distancias más largas. . Ahora, Kazuya Watanabe de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón en Tokio y sus colegas han encontrado la primera evidencia directa que respalda esta hipótesis.
El posdoctorado de Watanabes, Souichiro Kato, mezcló dos bacterias del sueloGeobacter sulfurreducens y Thiobacillus denitrificanscon una solución de acetato y nitrato. G. sulfurreducens puede extraer electrones del acetato para producir bicarbonato, mientras que T. los denitrificantes pueden agregar electrones al nitrato para producir amoníaco. Ninguna reacción puede ocurrir a menos que G. sulfurreducens transfiere electrones a T. denitrificans.
Kato descubrió que las reacciones ocurrían solo cuando añadía nanopartículas de magnetita a óxido de hierro conductor a la mezcla. Las partículas de magnetita estaban claramente transfiriendo electrones de una especie a otra, permitiéndoles cooperar vinculando sus metabolismos. Los minerales conductores son como cables naturales, dijo Watanabe.
Este es un gran artículo, dijo Gemma Reguera de la Universidad Estatal de Michigan, quien no participó en el trabajo. Proporciona, por primera vez, la evidencia biológica que se necesitaba para demostrar el papel de los minerales conductores en la transferencia de electrones entre especies.
Watanabe cree que los minerales como la magnetita son la ruta principal a través de la cual los microbios mueven electrones durante mucho tiempo. distancias Si bien las bacterias necesitarían gastar mucha energía para construir una red de nanocables, los minerales conductores ya son muy comunes en los suelos y sedimentos. Con suficientes de ellos, Watanabe piensa que la red eléctrica bacteriana podría ser esencialmente ilimitada.
Me resulta difícil, sin embargo, imaginar que los granos minerales conductores dispersos en sedimentos naturales estén lo suficientemente cerca unos de otros para formar una red conductiva, señaló Nielsen, quien piensa que los granos tendrían que estar estructurados de alguna manera.
Quizás las propias bacterias estén haciendo esto. Como señaló Reguera, G. sulfurreducens puede producir nanopartículas de magnetita al oxidar otros minerales de hierro, creando los mismos minerales que les permiten conectarse con otras bacterias reductoras de nitrato. De esta manera, pueden acceder a un aceptor de electrones que su propio metabolismo nunca podría usar para el crecimiento, dijo. ¡Alguna solución inteligente!
Los resultados podrían informar los esfuerzos en curso para usar transferencias de electrones de bacterias para alimentar celdas de combustible, o para descomponer químicos tóxicos, dijo Watanabe. Si nuestro hallazgo se puede aplicar a estos procesos, el rendimiento general podría ser mucho mayor de lo que es ahora.
S. Kato et al., Transferencia de electrones entre especies microbianas a través de corrientes eléctricas a través de minerales conductores, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi:10.1073/pnas.1117592109, 2012.
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