¿Microbios con pelos? Pues si, el Geobacter, un organismo que habita en las rocas ferrosas depositadas sobre fondos fangosos fluviales, es capaz de fabricar "nanocables microbianos" por los que mueve los electrones que extrae de los residuos orgánicos en descomposición.

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Derek Lovley, 413/545-9651, 22 Junio 2005

Investigadores de UMass en Amherst descubren que los microbios pueden producir cables eléctricos en miniatura

AMHERST, Mass. – Investigadores de la Universidad de Massachusetts en Amherst han descubierto una diminuta estructura biológica altamente conductora a nivel eléctrico. Este logro ayudará a describir el modo en que los microorganismos limpian aguas residuales y producen electricidad a partir de recursos naturales. Así mismo puede tener aplicaciones en el emergente campo de la nanotecnología, que desarrolla materiales y dispositivos avanzados en dimensiones extremadamente pequeñas.

Los hallazgos del equipo de investigadores comandado por el microbiólogo Derek R. Lovley han sido publicados en la edición del 23 de junio de la revista Nature. Los investigadores encontraron que las estructuras conductoras, conocidas como “nanocables microbianos”, son producidas por un novedoso microorganismo llamado Geobacter. Los nanocables son increíblemente finos, su anchura está comprendida entre 3 y 5 nanómetros (20.000 veces más fino que un cabello humano), pero bastante duradero y más de mil veces más largo que ancho.

“Estructuras conductivas así de largas y delgadas no tienen precedentes en biología”, comentó Lovley. “Esto cambia por completo nuestro concepto del modo en que las bacterias manejan electrones, y también es probable que los nanocables microbianos puedan ser materiales de gran utilidad en el desarrollo de dispositivos electrónicos extremadamente pequeños”.

“El mundo de los microbios nunca deja de sorprendernos”, comentó el Dr. Arístides Patrinos, del Ministerio de Energía de los EE.UU. (abreviado en inglés DOE), que financia la investigación del Geobacter. “El notable e inesperado descubrimiento de la existencia de estructuras microbianas que construyen nanocables microbianos, lo cual permite que una comunidad de microbios ubicada en aguas contaminadas construya una mini red eléctrica, podría facilitarle al DOE nuevos enfoques en la búsqueda de remedios en el tratamiento de aguas residuales asistidos por microbios; apoyar la operatividad de mini-sensores medioambientales, y permitir nuevas formas biológicas de nanomanufacturación. Este descubrimiento ilustra también la continua relevancia que las ciencias físicas tienen hoy en día en las investigaciones biológicas”.

Eugene Madsen, microbiólogo investigador de la Universidad de Cornell, comentó: “He observado y juzgado en procesos de revisión por pares, muchos de los notables avances científicos del Dr. Lovley desde el descubrimiento del Geobacter en 1987. El último avance, el nanocable microbiano, es otro hito trascendente porque puede dar lugar a una nueva era en la exploración de la respiración microbiana y en la bioelectrónica. Los hallazgos, comentó, son “prometedores y excitantes”, aunque enfatizó que la información debía ser confirmada y ampliada independientemente por otros microbiólogos y biofísicos.

Los Geobacter están siendo sometidos a intensas investigaciones debido a que se trata de agentes muy útiles en el biotratamiento de aguas subterráneas viciadas con contaminantes tales como metales tóxicos y radiactivos, o petróleo. Además poseen también la habilidad de convertir los residuos humanos y animales, o la biomasa renovable, en electricidad. Para desempeñar estos procesos, el Geobacter debe extraer electrones de las células y transferirlos a metales o electrodos. Esta investigación puede facilitar una explicación del modo en que esto sucede.

Estudios previos en el laboratorio de Lovley demostraron que el Geobacter produce unas estructuras finas, similares a cabellos, llamadas pili, en solo un lateral de la célula. El equipo de Lovley especula que los pili podrían ser una especie de cables en miniatura que se extienden desde la célula y que permitirían que el Geobacter llevara a cabo su habilidad única de transferir electrones desde el interior de esta hasta los metales o electrodos. Esto último se vio confirmado en un estudio en el que la micriobióloga Gemma Reguera, asociada a los físicos Mark T. Tuominen y Kevin D. McCarthy observaron los pili con un microscopio atómico. Encontraron que los pili eran altamente conductores. Más aún, cuando se modificaba genéticamente a los Geobacter para evitar que produjesen pili, éstos dejaban de transferir electrones.

Según Lovley: “estos resultados nos ayudarán a entender cómo los Gobacter pueden vivir en medio ambientes que carecen de oxígeno y llevar a cabo un fenómeno tan extraordinario como es el de eliminar la polución orgánica y metálica en los acuíferos subterráneos”. Los Geobacter pueden vivir en ausencia de oxígeno debido a su habilidad de transferir electrones desde el interior de las células hasta los minerales de hierro, los constituyentes naturales de la mayoría de los suelos. Sin embargo, antes del descubrimiento de sus pili conductores, se desconocía el modo en que ocurría esta transferencia de electrones.

Los pili conductores que producen los Geobacter pueden tener múltiples aplicaciones en la industria electrónica. Se necesitan cables ultrafinos, a menudo llamados nanocables, para lograr dispositivos electrónicos aún más miniaturizados. Elaborar nanocables a partir de materiales tradicionales tales como metales, silicio o carbono es difícil y caro. Sin embargo, es sencillo cultivar miles de millones de células de Geobacter en el laboratorio y cosechar los nanocables microbioanos que éstos producen. Más aún, alterando la secuencia del ADN de los genes encargados de producir los pili, podrían producirse nanocables con diferentes propiedades y funciones.

Otras implicaciones interesantes de esta investigación es que sugiere que los microbios cuentan con un mecanismo para compartir energía en una especie de mini-red eléctrica. Los pili de los individuos de Geobacter se interfieren a menudo, lo cual sugiere que podría tratarse de una estrategia para compartir electricidad.

El Geobacter fue descubierto por Lovley en 1987 en el fondo fangoso del Río Potomac, en Washington D.C. y durante los últimos 18 años su investigación ha merecido un amplio seguimiento por parte de lo medios, y ha sido sobradamente financiada, tanto de fuentes privadas como gubernamentales. Este diminuto organismo, que se encuentra en gran número en suelos y sedimentos acuáticos, ha demostrado ser muy prometedor como limpiador en los derrames de tóxicos y como generador de energía. Se trata de una bacteria anaeróbica (viven sin oxígeno) que utiliza a los metales para obtener energía, del mismo modo en que los humanos y otros organismos usan el oxígeno. Se distribuye a lo largo de todo el mundo, sobre una amplia variedad de suelos y sedimentos. El Geobacter ha sido utilizado como ayuda en la eliminación de contaminantes en vertidos subterráneos de petróleo y en balsas de agua afectadas por polución, así como en la eliminación de uranio en los pozos negros de cierto número de emplazamientos del DOE.

El título del documento publicado en Nature es “Extracellular Electron Transfer Via Microbial Nanowires” (Transferencia extracelular de electrones vía nanocables microbianos). Los autores son Derek R. Lovley, Gemma Reguera, Teena Mehta y Julie S. Nicoll, del Departamento de Microbiología; y Kevin D. McCarthy y Mark T. Tuominen del Departamento de Físicas, todos de la Universidad de Massachussets.

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Información adicional para reporteros y editores

. Para recibir una copia del documento publicado en Nature, contacte telefónicamente con la Oficina de Noticias e Información de UMass Amherst en el 413/545-0444.

. Pueden contactar directamente con Derek Lovley llamando al 413/545-9651 o escribiéndole a: [email protected] .

. Pueden encontrar información adicional y fotos en http://www.geobacter.org/

Galería de fotos en http://www.geobacter.org/research/nanowires/

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Traducido por Miguel Artime para:

Nota: Nuestro agradecimiento especial para Gemma Reguera, colaboradora de la investigación y coautora del documento publicado en Nature, la cual ha sido tan amable de autorizar nuestra traducción.