Respirando piedras
y a la vez produciendo energía y limpiando el ambiente
autor: Miguel Vicente
Kenneth H. Nealson se propone utilizar la peculiar respiración de una bacteria para eliminar los metales tóxicos, y producir agua limpia y energía.
Cuando no había oxígeno
No podemos imaginar vivir en un mundo sin oxígeno, porque nuestras células, al igual que las de la mayoría de los seres vivos que vemos, sean plantas o animales, así como muchos microbios lo necesitan para respirar. Pero respirar oxígeno es un lujo relativamente reciente en la historia de la Tierra, durante miles de millones de años la respiración, como hoy nos parece normal, no existía, y sin embargo las bacterias y sus primas las arqueas proliferaron y colonizaron el planeta. Para respirar utilizaban, en vez de oxígeno, compuestos como el azufre e incluso óxidos metálicos (manganeso, hierro, cromo y hasta uranio). Podemos decir que respirar piedras no es un invento moderno, hasta que la fotosíntesis de las cianobacterias produjo suficiente oxígeno, cosa que debió ocurrir hace unos dosmil millones de años, millón más o menos, muchos microbios lo han hecho con éxito, tanto que sus descendientes han pervivido hasta nuestro días.
Un lago en tierra iroquesa
Uno de esos microbios es Shewanella oneidensis MR-1, una bacteria capaz de modificar el estado de oxidación-reducción del manganeso (de ahí el MR, reductora de manganeso, en su nombre), encontrada en 1987 por Kenneth H. Nealson en los sedimentos del lago Oneida en el estado de Nueva York.
Nealson ha estudiado los detalles de cómo esta bacteria respira en ausencia de oxígeno. Nuestras células usan como fuente de energía compuestos que, como los azúcares y las grasas, contienen carbono, que mediante los complejos procesos moleculares de la respiración dependiente de oxígeno acaba siendo convertido en dióxido de carbono, CO2. En el intermedio la transferencia de electrones de una a otra molécula de la tramoya respiratoria produce la energía que la célula utiliza para obtener moléculas que luego usa en su metabolismo. Shewanella consigue la energía transfiriendo los electrones desde los compuestos de carbono no al oxígeno, del que no dispone en el fondo del lago, sino a un óxido metálico. En consecuenncia en el fondo del lago se acumulan hierro y manganeso a una velocidad mayor que la explicable si los procesos químicos no fuesen acelerados por la acción de las bacterias.
Vista del lago Oneida en una fotografía de la NASA
Nealson ha estudiado los detalles de cómo esta bacteria respira en ausencia de oxígeno. Nuestras células usan como fuente de energía compuestos que, como los azúcares y las grasas, contienen carbono, que mediante los complejos procesos moleculares de la respiración dependiente de oxígeno acaba siendo convertido en dióxido de carbono, CO2. En el intermedio la transferencia de electrones de una a otra molécula de la tramoya respiratoria produce la energía que la célula utiliza para obtener moléculas que luego usa en su metabolismo. Shewanella consigue la energía transfiriendo los electrones desde los compuestos de carbono no al oxígeno, del que no dispone en el fondo del lago, sino a un óxido metálico. En consecuenncia en el fondo del lago se acumulan hierro y manganeso a una velocidad mayor que la explicable si los procesos químicos no fuesen acelerados por la acción de las bacterias.
Además de dar luz y descontaminar, las pilas producirán agua pura
La idea de Nealson es aprovechar el flujo de electrones que se produce para matar dos pájaros de un tiro, por un lado generar energía, en forma de corriente eléctrica, y por otro descontaminar los residuos urbanos, a veces ricos en metales tóxicos, por ejemplo el cromo. Y, si todo se hace bien, como producto de desecho se obtendría agua pura. Por el momento los prototipos experimentales que han desarrollado producen electricidad suficiente para alimentar un reloj digital, pero entre las metas de Nealson se encuentra el diseñar una futura planta de tratamiento de residuos urbanos que se autoabastezca con la energía que obtenga aprovechando los propios residuos y los mecanismos de respiración de Shewanella.
Los nanocables que conectan a estas Shewanella oneidensis pueden alcanzar longitudes que son varias veces más que la de la propia bacteria. Imagen: Rizlan Bencheikh and Bruce Arey.
Nanocables
Shewanella, y otras bacterias como Geobacter sulfurreducens y Pseudomonas aeruginosa poseen además otra forma de deshacerse de los electrones que les sobran, son los “nanocables”, formados por proteínas que conducen la electricidad y que conectan una bacteria con otras. Para quienes desconocemos las intimidades de la tecnología casi todos los artilugios electrónicos nos parece que funcionasen gracias a minúsculos Pitufos albergados en su interior, unos se encargan de colocar números en una pantallita, otros tocan música, quizás un día llevaremos de verdad en el bolsillo un teléfono que funcione con la electricidad y los cables que producen esos geniecillos que son las bacterias.
Shewanella, y otras bacterias como Geobacter sulfurreducens y Pseudomonas aeruginosa poseen además otra forma de deshacerse de los electrones que les sobran, son los “nanocables”, formados por proteínas que conducen la electricidad y que conectan una bacteria con otras. Para quienes desconocemos las intimidades de la tecnología casi todos los artilugios electrónicos nos parece que funcionasen gracias a minúsculos Pitufos albergados en su interior, unos se encargan de colocar números en una pantallita, otros tocan música, quizás un día llevaremos de verdad en el bolsillo un teléfono que funcione con la electricidad y los cables que producen esos geniecillos que son las bacterias.
Lectura recomendada: La vida en un joven planeta. Andrew H. Knoll. ISBN: 8484325148. ISBN-13: 9788484325147.
Enlace: Ver un artículo sobre el mismo tema, con diferente bacteria (Geobacter), en EL PAÍS 25/06/2008: “Bacterias que generan electricidad”.
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