Geobacter sulfurreducens (en color marrón) digiriendo desechos metálicos (en color gris). Fuente: Eye of Science/SPL.

Cuando los humanos respiran, inhalan oxígeno y exhalan dióxido de carbono, pero existen bacterias que lo hacen de manera muy peculiar. Tal es el caso de género Geobacter, que habita las aguas subterráneas y se alimenta de desechos orgánicos, lo que le permite exhalar electrones.

Lo curioso es que su simple respiración puede generar una pequeña corriente eléctrica en el proceso, que ocurre a través de una especie de tubo llamado nanocable más grande que ellas.

Por medio de este, pueden transportar los electrones de desecho de cientos a miles de veces de longitud del cuerpo de una de ellas, lo que las ubica entre los respiradores más impresionantes de la Tierra. Esto es posible precisamente gracias al nanocable.

De hecho, en el momento en que estas respiran, vibran por la electricidad que generan debajo del lecho marino, pero a nivel de laboratorio estas prometen ser mucho más eficientes.

Y es que los investigadores de la Universidad de Yale en Connecticut informan en un artículo en la revista Nature Chemical Biology que han descubierto una “molécula secreta” que permite a estas bacterias conducir su respiración a distancias desproporcionadas.

Mineral receptor de electrones de geobacterias

Las geobacterias viven en las profundidades del suelo, en un lugar húmedo y carente de oxígeno, algo que no todos los microbios pueden hacer. Los nanocables que poseen juegan un papel clave en ello.

Los compuestos que aceptan los electrones, como el óxido de hierro, por lo general se encuentran a unas millonésimas de metro, lo cual hace su nutrición más sencilla. Sin embargo, a nivel de laboratorio estas no siempre tienen este suministro a la mano, por lo que deben hacer un esfuerzo adicional (o poner en juego una nueva sustancia) que les permita hacer lo mismo que en su hogar natural… así esté a largas distancias.

Cultivos de Geobacter en el laboratorio

Para comprender mejor la función de este nanocable, los investigadores analizaron los cultivos de Geobacter en su laboratorio aplicando dos técnicas de microscopía de vanguardia: microscopía de fuerza atómica de alta resolución y nanoespectroscopia infrarroja.

La primera permitió recopilar información detallada sobre la estructura de los nanocables tocando su superficie con una sonda muy sensible. La segunda permitió identificar moléculas específicas que se encontraban en los nanocables en función de la forma en que dispersaban la luz infrarroja.

La aplicación de ambas técnicas permitió a los investigadores crear una especie de “huella dactilar única” de cada uno de los aminoácidos que constituyen los nanocables de las geobacterias.

Así descubrieron que, al ser estimuladas por un campo eléctrico, estos microorganismos producen un tipo de nanocable que contiene una proteína llamada OmcZ que, según los autores, está hecha de pequeños bloques metálicos llamados hemes.

Conductores de electricidad a largas distancias

Lo más curioso es que los nanocables en esta proteína conducían la electricidad de manera 1.000 veces más eficiente que los nanocables típicos que suelen crear estas bacterias en el suelo marino. Al igual que estas, las bacterias de laboratorio con esta nanocable peculiar pueden enviar sus electrones a distancias sin precedentes

“Se sabía que las bacterias pueden producir electricidad, pero nadie conocía la estructura molecular”, dijo Nikhil Malvankar, profesor asistente del Instituto de Ciencias Microbianas de la Universidad de Yale en Connecticut. “Finalmente, hemos encontrado esa molécula”.

De modo que las bacterias cultivadas en laboratorio podrían ser de especial utilidad para la ciencia. “Creemos que este descubrimiento podría usarse para fabricar dispositivos electrónicos con las bacterias que se encuentran debajo de los pies”, añadió Malvankar.

Este hallazgo en particular proporciona a los científicos información útil para manipular los nanocables bacterianos para hacerlos más fuertes, y por consiguiente, obtener mejores conductores. De este modo, la producción de dispositivos electrónicos podría resultar más económica… e incluso sencilla, sin que su producción implique un alto impacto al entorno.

Referencia:

Microbes with mettle build their own electrical ‘wires’. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02482-3