{"id":133029,"date":"2017-02-10T11:14:33","date_gmt":"2017-02-10T10:14:33","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=133029"},"modified":"2017-02-10T13:49:28","modified_gmt":"2017-02-10T12:49:28","slug":"bacterias-fotosinteticas-purpuras-aplicadas-a-bioelectrosintesis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2017\/02\/10\/133029","title":{"rendered":"Bacterias fotosint\u00e9ticas p\u00farpuras aplicadas a bioelectros\u00edntesis"},"content":{"rendered":"

Las bacterias fototr\u00f3ficas (anoxig\u00e9nicas) p\u00farpuras (PPB) son el mayor grupo de microorganismos fotosint\u00e9ticos que habita en ambientes acu\u00e1ticos y terrestres. Son microorganismos extremadamente vers\u00e1tiles por su complejo metabolismo. Son capaces de utilizar sustratos muy diversos y de producir materiales de alto valor a\u00f1adido como biopl\u00e1sticos y ciertas prote\u00ednas de inter\u00e9s industrial. Recientemente, se ha conseguido aislar y cultivar un microorganismo de este tipo, presente en distintos sistemas experimentales de tratamiento de aguas de nuestro laboratorio. Debido a su halotolerancia y a los sustratos que puede utilizar se propone como un organismo con un gran potencial en la bioelectros\u00edntesis, proceso en el cual un electrodo act\u00faa como donador de electrones, favoreciendo la producci\u00f3n de compuestos de alto valor a\u00f1adido.<\/span><\/p>\n

Carlos Manch\u00f3n V\u00e1llegas, \u00c1rea de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica, UAH<\/span><\/em><\/p>\n

Las PPB (Purple Phosynthetic Bacteria) son microorganismos gram negativos, anaerobios facultativos. Son capaces de crecer de forma aut\u00f3trofa utilizando CO<\/span>2<\/span><\/sub> como \u00fanica fuente de carbono (fotoaut\u00f3trofos) (Ehrenreich et al. 1994; Brune 1995) y son capaces de utilizar otras fuentes de carbono complejas en su metabolismo (fotoheter\u00f3trofos) (Sojka 1978). Los electrones pueden provenir de compuestos inorg\u00e1nicos como el hidr\u00f3geno, sulfuro o hierro bivalente, cuando el crecimiento es fotoaut\u00f3trofo, o de compuestos org\u00e1nicos como \u00e1cidos grasos, amino\u00e1cidos e intermediarios del \u00e1cido c\u00edtrico, cuando el crecimiento es fotoheter\u00f3trofo.<\/span><\/p>\n

Este tipo de bacterias es capaz de convertir la energ\u00eda de la luz en energ\u00eda qu\u00edmica a trav\u00e9s de un proceso que se denomina fotos\u00edntesis anoxig\u00e9nica. Es decir, son capaces de llevar a cabo la fotos\u00edntesis en ausencia de ox\u00edgeno. Estos microorganismos poseen pigmentos fotosint\u00e9ticos, bacterioclorofilas y carotenoides, que permiten la absorci\u00f3n de la energ\u00eda de la luz (Yurkov 1998).<\/span><\/p>\n

Su aparato fotosint\u00e9tico, uno de los m\u00e1s simples de este tipo, dirige la energ\u00eda absorbida de la luz hacia un flujo c\u00edclico de electrones, que provoca un gradiente de protones. Esta energ\u00eda contenida en el gradiente de protones se utiliza para almacenar la energ\u00eda de la luz en forma de ATP, en un proceso catalizado por la ATP sintasa (Fig.1). A este proceso se le denomina fotofosforilaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Algunos grupos de PPB son capaces de metabolizar compuestos de dif\u00edcil degradaci\u00f3n como compuestos arom\u00e1ticos de origen vegetal (lignina), hidrocarburos complejos y otros. Se ha descrito su capacidad de soportar condiciones desfavorables, tanto de temperatura como de salinidad (Madigan 2003). Estas capacidades abren su abanico potencial para la s\u00edntesis de productos de alto valor a\u00f1adido a partir de sustratos muy diversos que puedan provenir de industrias de muy diferente naturaleza.<\/span><\/p>\n

Estos microorganismos son capaces de generar principalmente tres productos de inter\u00e9s industrial; polihidroxialcanoatos (PHA), hidr\u00f3geno y prote\u00ednas de uso alimenticio (SCP, Single Cell Protein). La producci\u00f3n de uno u otro, depende del sustrato utilizado y su estado de oxidaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os se ha descrito la capacidad de estos microorganismos de utilizar donadores insolubles de electrones. As\u00ed, es posible utilizar un electrodo para suministrar electrones al microorganismo y que \u00e9ste pueda utilizarlos en su metabolismo. Este proceso, acoplado a la obtenci\u00f3n de un producto de inter\u00e9s, se denomina bioelectros\u00edntesis. Debido a la amplia gama de sustratos que este tipo de bacterias es capaz de utilizar y a los productos que son capaces de generar, el uso de estos microorganismos se ha convertido en un interesante campo de investigaci\u00f3n con un alto potencial cient\u00edfico e industrial.<\/span><\/p>\n

El grupo de Bioelectrog\u00e9nesis trabaja con varios sistemas de tratamiento de aguas de muy diversos tipos, muchos de ellos con consorcios bacterianos,<\/span>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>por lo que cualquier bacteria procedente del influente puede formar parte del consorcio siempre que las condiciones le sean favorables.<\/span><\/p>\n

Como estudiante en pr\u00e1cticas, mi investigaci\u00f3n en el grupo de Bioelectrog\u00e9nesis me ha permitido estudiar la fisiolog\u00eda de un microorganismo de este tipo, presente en varios sistemas experimentales del laboratorio. Durante este tiempo he explorado su fisiolog\u00eda a trav\u00e9s del uso de diversos sustratos que incluyen aguas residuales reales, as\u00ed como su tolerancia a la alta salinidad.<\/span><\/p>\n

Como parte de mi per\u00edodo de pr\u00e1cticas tambi\u00e9n investigu\u00e9 la respuesta electroqu\u00edmica de este tipo de fotobacterias utilizando una celda electroqu\u00edmica de dos c\u00e1maras. (Fig. 5). El an\u00e1lisis de la respuesta electroqu\u00edmica del sistema bacteria-electrodo se realiz\u00f3 mediante una t\u00e9cnica denominada voltametr\u00eda c\u00edclica, y revel\u00f3 la presencia de varios picos de oxidaci\u00f3n y de reducci\u00f3n. Estos datos preliminares sugieren la capacidad electroactiva del microorganismo, y por lo tanto su aplicaci\u00f3n potencial en bioelectros\u00edntesis.<\/span><\/p>\n

Estos resultados positivos nos animaron a intentar su identificaci\u00f3n tras conseguir aislarlo en medio s\u00f3lido. La ampliaci\u00f3n y secuenciaci\u00f3n la regi\u00f3n de DNA que codifica para rRNA 16 S nos proporcionar\u00e1 informaci\u00f3n sobre la identidad de esta bacteria electroactiva ya sea una nueva especie de fotobacteria o es una especie ya descrita con un gran potencial industrial.<\/span><\/p>\n

El aislamiento del microorganismo coincidi\u00f3 con la concesi\u00f3n del primer premio -compartido con la URJC- del Campus de Excelencia Internacional Energ\u00eda Inteligente (CEI 2016) al proyecto \u201cElectros\u00edntesis de bioproductos de alto valor a\u00f1adido y bioenerg\u00eda a partir de aguas residuales mediante cultivos mixtos de fotobacterias iluminadas con luz infrarroja\u201d. Por lo que este peque\u00f1o descubrimiento, fruto de la curiosidad, podr\u00e1 continuar su camino para convertirse en un estudio cient\u00edfico de mayor envergadura. Este ejemplo, muestra que, aun estando en el siglo XXI, la curiosidad sigue siendo el motor principal del conocimiento cient\u00edfico.<\/span><\/p>\n

FIGURAS<\/span><\/strong>\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 1. Esquema de los mecanismos de obtenci\u00f3n de ATP y poder reductor a partir del gradiente de protones.<\/span><\/p>\n

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Figura 2. Esquema de una celda electrol\u00edtica microbiana con un c\u00e1todo colonizado por fotobacterias.<\/span><\/p>\n

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Figura 3. Crecimiento de bacterias fotosint\u00e9ticas en diferentes medios de cultivo. De izquierda a derecha: Condiciones de fotoheterotrof\u00eda, condiciones de fotoautotrof\u00eda y control.<\/span><\/p>\n

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Figura 4. Crecimiento de bacterias fotosint\u00e9ticas en concentraciones crecientes de NaCl.<\/span><\/p>\n

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Figura 5. Celda en H con cultivo de PPB en la c\u00e1mara izquierda y medio sin microorganismos en la celda derecha.<\/span><\/p>\n

REFERENCIAS<\/span><\/strong><\/p>\n

Brune DC (1995) Sulfur compounds as photosynthetic electron donors. <\/span>In: Blankenship RE, Madigan MT and Bauer CE (eds) Anoxygenic Photosynthetic Bacteria (Advances in Photosynthesis and Respiration, Vol 2), pp 847\u2013870. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht<\/span><\/p>\n

Ehrenreich A and Widdel F (1994) Anaerobic oxidation of ferrous iron by purple bacteria, a new type of phototrophic metabolism. Appl Environ Microbiol 60: 4517\u20134526<\/span><\/p>\n

Madigan MT (2003) Anoxygenic phototrophic bacteria from extreme environments. Photosynth Res 76: 157\u2013171<\/span><\/p>\n

Sojka GA (1978) Metabolism of nonaromatic organic compounds. In: Clayton RK and Sistrom WR (eds) The Photosynthetic Bacteria, pp 707\u2013718. Plenum Press, New York<\/span><\/p>\n

Yurkov VV and Beatty JT (1998) Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria. <\/span>Microbiol Mol Biol Rev 62: 695\u2013724<\/span><\/p>\n

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