Bacterias electrogénicas: Shewanella

Como ya os anuncié en la entrada anterior hoy nos centraremos en otro microorganismo bioelectrogénico: Shewanella, es importante mencionar que no es un genero tan estudiado en términos de bioelectrogénesis como lo es Geobacter pero intentaré proporcionaros la suficiente información sobre dicha bacteria.

En los sistemas alimentados con ácido acético las comunidades bacterianas están dominadas por Geobacter sulfurreducens. Sin embargo si se utiliza ácido láctico como substrato se promueve el crecimiento de otra bacteria electrogénica: Shewanella oniedensis.

Shewanella es un importante organismo modelo para estudios de biorremediación por sus diversas habilidades respiratorias, conferidas por su plasticidad en cuanto a posibles donadores de electrones.

Es un genero compuesto por bacterias bacilares gramnegativas marinas que pueden reducir metales pesados y ​​tóxicos, pueden vivir en cualquier tipo de ambiente (con o sin oxígeno), presentan flagelo y suelen crecer en forma de biofilm. Fue aislada por primera vez en el lago Oneida de Nueva York en 1988.

Micrografia electrónica de barrido de Shewanella (Wikipedia)

Algunas especies de Shewanella pueden producir electricidad y reducir hierro, uranio y plutonio en sedimentos. También puede respirar sulfatos, nitratos y cromatos cuando crece anaeróbicamente.

Shewanella (cuando crece en biofilm) secreta riboflavinas como mediadores redox que establecen comunicación entre bacterias y electrodos. Esta característica podría ser muy interesante ya que actualmente se postula que la biorremediación de sitios contaminados y la consecuente generación de energía deben hacerse de manera conjunta entre varios microorganismos de distintas especies.

 

Y esto es todo por hoy...

Saludos!

Bacterias electrogénicas: Geobacter II

En esta nueva entrada continuaremos hablando de Geobacter, pero esta vez nos centraremos mas en los avances actuales en lo que a investigación se refiere.

A lo largo de los años posteriores a su aislamiento se han ido descubriendo las capacidades de Geobacter para utilizar la materia orgánica y la biomasa para producir bioenergía o su capacidad para oxidar metales, degradar compuestos orgánicos (como los derivados del petróleo) y materiales radioactivos (como el uranio), etc., que las hacen excelentes candidatas para los procesos de biorremediación de ambientes naturales. También se ha secuenciado su genoma y analizado su proteoma, lo que ha permitido la creación de modelos mediante los cuales se ha podido predecir su desempeño en ambientes donde el combustible sobrepasara los aceptores de electrones. Aunque aún queda mucho por investigar de Geobacter, pues en la actualidad sabemos que su producción de energía es de 350 mili Wats por metro cuadrado con un voltaje de 0,5 volts.

El departamento de energía de EUA incluyó a Geobacter en el proyecto “Genomas para la vida” (Genomes to life), cuya finalidad es la de impulsar la investigación de sistemas vivos que tengan aplicación en el campo energético. 

El uso de la genómica, la posibilidad de secuenciar genes de diversas cepas de Geobacter, así como la existencia de modelos informáticos para estudiar variables, están permitiendo desarrollar enormemente el estudio de estas bacterias, diseñando en el laboratorio cepas específicas que mejoran sus prestaciones en biorremediación y bioenergía.

En 2009 la revista TIME calificó una de las nuevas cepas desarrolladas a través de ingeniería genética por Lovley (con capacidad de para generar energía mucho más eficientemente que otras cepas) como uno de los 50 mejores descubrimientos de ese año. Y en el año 2010 los trabajos realizados por el Dr. Lovley llevan a descubrir la capacidad de Geobacter de transferiry transportar electrones fuera de la célula (e incluso entre distintos microorganismos) lo que abre la puerta a la futura creación de biobaterías eléctricas autoalimentadas.

Estos últimos años han sido muy prolíficos para el equipo de investigación del Dr. Lovley, que ha presentado estudios muy relevantes en relación a:

-          Modificación de Geobacter sulfurreducens para producir cepas que generen biopelículas con mayor densidad de pilis y exopolisacaridos (con el consecuente aumento de su conductividad y efectividad) lo que permite que rivalicen en conductividad con polímeros sintéticos incluso (abril 2013).

-          Creación de una cepa específica que produce electricidad a partir de hidrógeno, sin necesidad de utilizar carbono orgánico para crecer (mayo 2013, 113 Simposio General de la ASM).

Hoy también os dejo con un vídeo del profesor Lovley en el que nos habla sobre su investigación en el proyecto Geobacter. En la proxima entrada continuaremos hablando de bacterias electrogénicas pero esta vez abordaremos un género diferente: Shewanella.

Para mas información y si quereis estar al día sobre las investigaciones con Geobacter y sus aplicaciones podeis visitar la página: www.geobacter.org

Saludos!

Bacterias electrogénicas: Geobacter I

Lo prometido es deuda, asi que como ya os había dicho que haría, a partir de hoy comenzamos un ciclo de profundización de las diferentes bacterias electrogénicas y como bien indica el título de la entrada comenzaremos con el género Geobacter.

Geobacter es del tipo de bacterias que habita de forma natural en el subsuelo y durante millones de años ha utilizado los óxidos de hierro insolubles como aceptores de electrones para la oxidación de la materia orgánica. Es por esta forma de respiración que ha contribuido en la formación de la corteza terrestre.

Se trata de una bacteria con forma bacilar, gamnegativa, anaerobia, que presenta pilis y un flagelo imprescindible para la respiración ya que le permite moverse de una partícula sólida a otra una vez agotado el óxido respirable,  

Micrografia electrónica coloreada de Geobacter (Geobacter project)

Desde su descubrimiento el género Geobacter ha suscitado un enorme interés para el medio ambiente. Todo comenzó en el año 1987 cuando el doctor Derek R. Lovley, junto a su equipo de la Universidad de Massachussets Amherts, aisló la primera cepa conocida de Geobacter (inicialmente designada como GS-15 y posteriormente como Geobacter metallireducens) de los sedimentos del río Potomac en Washington DC y describió su capacidad para reducir el ión férrico gracias a la oxidación de compuestos orgánicos a CO₂, en otras palabras, genera energía respirando iones de hierro de suelos y sedimentos. Hasta la fecha ningún microorganismo con capacidad de usar óxidos de hierro como aceptor final de electrones había sido descrito.

La gran versatilidad de Geobacter para transferir electrones fuera de la célula (flujo exocelular) está relacionada con la presencia de citocromos C, es el organismo secuenciado con mayor número de genes codificantes de estos transportadores de electrones. Lo que hace especial a Geobacter es la presencia de una red de citocromos C multihemo que distribuidos entre membranas y periplasma permiten transferir los electrones del interior al exterior para respirar sustratos extracelulares como el hierro III. Geobacter también respira sustratos solubles como fumarato o nitrato, cuya reducción tiene lugar en la membrana interna. 

(a) Geobacter en precencia de un aceptor soluble como el nitrato no desarrolla flagelos. (b) Cuando no hay un aceptor de electrones soluble, pero hay iones férricos [Fe(III)] insoluble, se activan los mecanismos de quimiotaxis y se forma el flagelo que permite a la bacteria desplazarse y adherirse. (Geobacter project)

Por último os dejo con un vídeo de la Oficina de Investigación Naval (ONR) en el que explican como conseguir energía a partir de especies de Geobacter que habitan en fondos marinos...

Saludos!