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lunes, 2 de mayo de 2011

Geobacter: un superhéroe microbiano


Una vez más aparece en el blog una traducción de una de los artículos publicados en el blog de Moselio Schaechter Small Things Considered. En este caso se trata de un trabajo dedicado a la bacteria Geobacter escrito por la divulgadora científica Suzanne Winter.



Geobacter un microbio capaz de respirar hierro. (Fuente: Derek Lovley
Kelly Nevin & Ben Barnhart, University of Massachusetts
)


Si el poder de Superman residiera tan sólo en sus superpoderes, entonces el Batman de Bruce Wayne nunca podría competir a su nivel. Pero si se tienen en cuenta los otros factores que hacen a los superhéroes lo que son – sus colegas, el disfraz, el sarcasmo – ambos, Superman y Batman, pueden reclamar su éxito en el mundo de hacer el bien sin despeinarse un pelo. En otras palabras, la fuerza y la efectividad del poder de un individuo a menudo depende de un uso creativo de las materias primas de las que dispone.

Esa realidad también se refleja en el reino de los microorganismos que compiten para ocupar y dominar nichos específicos por medio de la adaptación y la selección natural, y aquel que juega con unas reglas distintas a los otros puede tener la posibilidad de cambiar el mundo.

En particular, las especies que han evolucionado hacia la utilización de novedosos y, subjetivamente, extraños métodos para vivir han intrigado desde siempre a los científicos por sus habilidades de supervivencia y sus preferencias. Consideremos la fascinación que causan los extremófilos que viven en las fuentes termales del Parque de Yellowstone, y que condujeron al aislamiento de la Taq DNA polimerasa a partir de Thermus aquaticus, seguramente una de las más importantes enzimas de un laboratorio de biología molecular. Y mientras que muchos microbios siguen la bien estudiada ruta de usar oxígeno como aceptor final de electrones, hay muchos investigadores que miran con interés a las especies de Geobacter que usan óxidos férricos como aceptores finales de electrones, para así descubrir los secretos enigmáticos de la recuperación medioambiental, la producción de energía y la creación del mundo.

Historia del Mundo, Parte I : Porqué el hierro puede ser el nuevo oxígeno.

Además de ser el escenario de numerosas escaramuzas de la Guerra Civil Americana, el río Potomac, cercano a Washington D.C., tiene la distinción de ser la fuente del primer aislamiento de una especie de Geobacter, conocida inicialmente como GS-15 y posteriormente como Geobacter metallireducens.

Hasta que Derek Lovley y su laboratorio de la Universidad de Massachusetts Amherst identificó a Geobacter en 1987, ningún organismo con capacidad de usar óxidos de hierro como aceptor final de electrones había sido descrito. Para muchos organismos, una cadena de transporte de electrones y la producción de energía celular puede ser la diferencia entre la vida y la muerte. Miles de millones de años han sido dedicados a afinar esa delicada maquinaria; aquellos que no poseen este crucial mecanismo han sido relegados a llevar una vida al estilo de Artful Dodger(*), la de ser parásitos intracelulares obligados. Como muchos otros, las especies de Geobacter dependen de una cadena de transporte de electrones para la producción de energía, pero en lugar de usar oxígeno como el aceptor final, usan compuestos químicos de hierro oxidados.

Lovley y su equipo observaron que los compuestos químicos metabolizados por G. metallireducens eran magnéticos, pero el hierro que se encuentra en ambientes anaeróbicos no lo es. Como sugiere su nombre, el microorganismo reduce el ion férrico (Fe[III]) hasta magnetita Fe3O4, (que contiene ferroso (Fe[II]), gracias a la oxidación de compuestos orgánicos hasta CO2. Esta observación permitía explicar cómo se podrían haber formado las antiguas y grandes acumulaciones de hierro en los ancestrales años en los que la Tierra era anóxica.

En el momento actual, esta curiosa adaptación permite a las especies de Geobacter sobrevivir a partir de fuentes energéticas que son inaccesibles para la mayor parte de los organismos aerobios. Y mientras hace eso, puede realizar tareas tremendamente útiles para los humanos. Por ejemplo, Lovley y su equipo demostraron que la respiración anaeróbica de G. metallireducens en ambientes anóxicos puede ser utilizada para la eliminación de contaminantes (como compuestos orgánicos radioactivos o derivados del petróleo) y por lo tanto para la biorremediación.

El análisis de varios genomas secuenciados de Geobacter ha revelado que en ausencia de un aceptor de electrones soluble, la expresión de los genes de motilidad son activados. En particular, los pili y los flagelos ayuda a G. chemotax a nadar hacia depósitos de moléculas que contengan Fe(III). ¿No sería interesante manipular este mecanismo para así usar organismos que busquen-y-destruyan la contaminación?



(a) Geobacter en presencia de un aceptor soluble como el nitrato no desarrolla flagelos.(b)Cuando no hay un aceptor de electrones soluble, pero hay ion férrico (Fe[III]) insoluble, se activan los mecanismos de quimiotaxis y se forma el flagelo, lo que le permite nadar a la bacteria. Después, gracias a la formación de pili, la bacteria puede adherirse a los gránulos conteniendo el ion férrico. (Fuente: Geobacter project)


Desde 1987 las investigaciones han continuado para desarrollar el potencial de Geobacter como parte del "kit de herramientas microbianas". En el 2010, Lovley y sus colegas comunicaron que microorganismos distintos a Geobacter pueden formar una conexión eléctrica y hacer pasar una corriente entre ellos. La habilidad de realizar una transferencia de electrones entre especies microbianas permitiría a los distintos microbios aprovechar fuentes de nutrientes a los que no podrían acceder si lo hicieran en solitario. Esto además abre la posibilidad de usar a Geobacter y otros microorganismos relacionados para crear baterías eléctricas automantenidas y otras fuentes renovables de energía.

Historia del Mundo, Parte II: La revolución de la red socia microbiana

En esta época donde el rumor se extiende por Tweeter en lugar de por el murmullo, el poder no está asociado necesariamente con lo que se conoce, sino con quién lo conoce – y Geobacter es más conocido que muchos otros microbios. De acuerdo con Google Trends, si se buscan los términos "microbial fuel cells" (células de energía microbianas), en el que Geobacter es uno de los jugadores clave, veremos que comenzó a hacer titulares en el 2007 por vía de uno de los métodos más seguros de divulgar la Biología, mediante un link con la cerveza. En el año 2009, la revista Time clasificó a las “pilas de Geobacter de Lovely” en el puesto 20 de las 50 mejores invenciones del 2009.

A finales de abril del 2010 llegó un momento de euforia en los medios de comunicación, como se evidenció por el pico en los términos de búsqueda en Google – coincidiendo en el tiempo con la concesión de un proyecto de 1 millón de dólares a Lovley por parte del Departamento de Energía de los EEUU -, y con el derrame de la plataforma Deepwater Horizon. En el momento del derrame, muchos medios de comunicación, incluyendo el New York Times y NPR's Science Friday, publicaron historias sobre Geobacter recalcando la habilidad del microbio para limpiar el mundo de contaminantes al mismo tiempo que producía energía. La Oficina de Investigación Naval de los EEUU se subió al carro de Geobacter colgando un vídeo en su canal de Youtube siete días después de que se anunciara la financiación de numerosos proyectos gubernamentales, incluyendo la creación de baterías inagotables o su uso en la conservación de las tortugas marinas.



Fotograma del vídeo de la Oficina de Investigación Naval (ONR) en el que se muestra un esquema de como conseguir energía a partir de las especies de Geobacter que habitan en los fondos marinos (Fuente: ONR Youtube channel)


La diversidad de aplicaciones de las distintas especies de Geobacter supone una inagotable fuente de noticias para los medios de comunicación. Dejando de lado la quincalla que publican, esas significativas cuñas de ciencia pura en el foco de las noticias podría estimular el apoyo a la investigación que nos permita entender la forma de vida de estas bacterias y así poder usarlas para beneficiarnos todos.

Además, hasta que el Batmovil no sea superado como el coche más deseable de todos los tiempos, deberíamos anima al Bruce Wayne de los microbios para que haga lo que mejor sabe hacer. Si tenemos en cuenta la cantidad de energía que Lovely y su grupo ha conseguido producir a partir de cepas seleccionadas de Geobacter, puede que un día su poder pueda ser utilizado bajo el capó de un coche en una carretera de un futuro más limpio y brillante.

Para saber más sobre el salvaje y extraño mundo de Geobacter puedes visitar el Geobacter Project, escuchar los podcast de Pulse of the Planets, o revisar la última publicación de Lovley sobre el futuro de los microbios eléctricos.



(*)Artful Dodger es un personaje de Oliver Twist. Es el pequeño pícaro con chistera que “educa” a Oliver en el arte de robar.



Suzzane Winter se graduó en el 2010 en el Swarthmore College con los títulos en Biología y en Literatura Comparada. Ha escrito para la sección de noticias de la revista BioTechniques y actualmente trabaja como escritora freelance en biología y ciencias de la vida al mismo tiempo que estudia para el master en Medicina y Salud Pública.