Los microbios construyen redes de proteínas externas de "nanocables" para exportar electrones fuera de sus paredes celulares.
Introducción
En épocas anteriores, los organismos unicelulares se consideraban "más simples". Los avances en microscopía y bioquímica nos han demostrado cuán simplificada es esa visión. Pueden ser pequeños, pero están realizando muchas de las mismas tareas que los organismos multicelulares más grandes, y su tamaño en realidad les abre posibilidades y alternativas interesantes.
Para obtener energía para vivir y crecer, algunas bacterias construyen “cables” eléctricos 100,000 veces más delgados que un cabello humano. Extienden estos nanocables fuera de las paredes de sus células y crean una red eléctrica microscópica en el entorno circundante. Los nanocables permiten que las bacterias “respiren”, utilizando metales en lugar de oxígeno.
Los seres vivos generan energía al descomponer compuestos químicos más grandes en otros más pequeños a través de una serie de reacciones químicas conocidas como respiración celular. En cada reacción, los enlaces químicos se rompen y se liberan electrones que se transportan de un compuesto a otro. En cada paso, los electrones ceden un poco más de su energía, que se desvía para realizar el trabajo que mantiene vivas a las células. Al final de esta cascada, los electrones de energía reducida deben encontrar un lugar de descanso final en la órbita atómica de algún elemento o compuesto.
Los humanos y muchos otros organismos usan oxígeno para aceptar estos electrones porque está fácilmente disponible en la atmósfera y puede ser absorbido o inhalado directamente. Esto se conoce como respiración aeróbica. Sin embargo, muchas bacterias viven en lo profundo de los sedimentos donde el oxígeno no penetra y deben usar otro aceptor de electrones. Esto se conoce como respiración anaeróbica o respiración sin oxígeno.
La estrategia
Los metales como el hierro, el manganeso y el arsénico, e incluso el uranio radiactivo, aceptan fácilmente el exceso de electrones y se encuentran comúnmente en el suelo. Pero aquí está el problema: las bacterias no pueden introducir metales dentro de las paredes de sus células porque los metales son demasiado grandes, tóxicos para las bacterias o están adheridos a otras superficies. Entonces, las bacterias tienen que exportar su exceso de electrones al exterior, en un proceso conocido como respiración extracelular.
Ahí es donde entran los nanocables. Las bacterias usan proteínas para construir estructuras delgadas de 3 a 5 nanómetros de diámetro, aproximadamente del tamaño de una hebra de ADN humano. Estos nanocables se extienden más allá de las paredes de las células bacterianas, donde se conectan con los metales en los sedimentos o el agua circundantes. A menudo, multitud de bacterias se ensamblan en una biopelícula viscosa, que puede contener toda una red de nanocables.
Algunas bacterias, como la que tiene forma de barra en esta micrografía electrónica, Geobacter sulfurreducens, usan proteínas para construir estructuras delgadas en forma de brazo de 3 a 5 nanómetros de diámetro que se extienden como cables fuera de la pared celular de la bacteria y transmiten electrones al entorno circundante.
Las posibilidades
La adición de electrones provoca cambios en los metales. En lugar de disolverse en agua, forman compuestos sólidos. En formas sólidas, son menos tóxicos. No se propagan ampliamente en el medio ambiente y se pueden eliminar más fácilmente.
Las bacterias con nanocables podrían ayudar a limpiar sitios contaminados con metales tóxicos de la industria y las aguas residuales. Además, los científicos están explorando formas de construir sistemas de nanocables bacterianos para crear celdas de combustible que usen bacterias para generar energía y dispositivos bioelectrónicos que puedan usarse para conducir electricidad en el agua.
La destrucción de los sistemas de nanocables también podría tener beneficios: los investigadores médicos están investigando formas de eliminar los microbios que causan enfermedades mediante la interrupción de sus nanocables.
