Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles y la Universidad de Tokio han demostrado que la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans puede tomar los electrones necesarios para el crecimiento directamente de una fuente de energía de electrodos cuando el hierro, su fuente de energía ya conocida, está ausente.El estudio, publicado en Frontiers in Microbiology, muestra que A. ferrooxidans puede utilizar la absorción directa de electrones de un electrodo para alimentar la misma vía metabólica que se activa por la oxidación de iones de hierro difusibles.
Al igual que las plantas con clorofila usan la fotosíntesis para convertir la energía de la luz en azúcares necesarios para el crecimiento, otros organismos, como los animales, obtienen energía para la fabricación de azúcares al tomar electrones de las sustancias en sus entornos circundantes, un proceso llamado quimiosíntesisLos organismos que obtienen su energía de esta manera se denominan quimiotróficos, y los que obtienen sus electrones a través de la oxidación de sustancias inorgánicas se denominan quimiolitoautótrofos. Los fotótrofos y quimiotrofos forman dos ecosistemas interconectados.
"Estamos investigando la posibilidad de un tercer tipo de ecosistema", explica el líder del grupo Ryuhei Nakamura. "Lo llamamos el electro-ecosistema porque la actividad microbiana es sostenida principalmente por la corriente eléctrica directa".
Recientemente, su equipo descubrió corrientes geoeléctricas a través de las paredes de chimeneas de humo negro formadas por respiraderos hidrotermales, lo que sugiere que algunos microbios de aguas profundas podrían funcionar como electrolitoautótrofos, organismos que pueden utilizar el potencial eléctrico, lo que significa que simplementecome electrones, como fuente de energía en lugar de luz o sustancias inorgánicas circundantes.
Debido a que el acceso a los microbios en este entorno no es fácil, y para verificar su hipótesis de que poder cambiar las fuentes de energía de sustancias inorgánicas a electricidad no es única en el mundo microbiano, el equipo experimentó con A. ferrooxidans, una bacteria quimiolitoautotrófica conocidapara oxidar iones de hierro Fe2 +.
El equipo cultivó A. ferrooxidans en un ambiente libre de Fe2 + y suministró un electrodo con un potencial eléctrico de +0.4 V, dióxido de carbono como fuente de carbono y oxígeno como receptor de electrones. Descubrieron que estas condiciones creaban una corrienteque se originó en el electrodo, y que la fuerza de la corriente dependía de cuántas células estaban unidas al electrodo. Matar las células con luz UV inmediatamente suprimió la corriente.
Para determinar cómo se generaba esta corriente, utilizaron una reacción fotoquímica artificial. Normalmente, el monóxido de carbono se une a las proteínas hem en las membranas externas de A. ferrooxidans y evita la oxidación. Pero, cuando se expone a la luz, este enlace se rompe y la oxidación continúacomo de costumbre. Cuando se probó, el monóxido de carbono también evitó que se formara la corriente entre el electrodo y las células de A. ferrooxidans y la exposición a la luz revirtió este bloqueo y permitió que la corriente fluyera. Esto sugirió que se necesita una proteína hem para la electrosíntesis exhibida por A. ferrooxidans.
Un análisis posterior mostró que la proteína hem responsable es el complejo aa3 que se sabe que juega un papel en la transferencia de electrones cuesta abajo en A. ferrooxidans que genera ATP y la fuerza motriz de protones que permite la transferencia de electrones cuesta arriba y la fijación de carbono -- los rasgos distintivos de la producción de azúcar. La inhibición de un complejo proteico que forma parte del proceso de transferencia cuesta arriba suprimió la corriente, lo que demuestra que las fuerzas motrices de protones que se generan se utilizaron para el transporte de electrones cuesta arriba. Además, la densidad ópticade células cultivadas con el electrodo durante ocho días aumentó con el tiempo, lo que indica crecimiento y que la corriente generada por los electrones que fluyen del electrodo a las células se estaba utilizando para la fijación de carbono.
"Ahora que hemos identificado la vía metabólica de los electrolitoautótrofos en A. ferrooxidans, podremos aplicar este conocimiento a las bacterias que encontramos en el respiradero de las profundidades del mar", dice Nakamura. "El siguiente paso es demostrar la existencia deelectroecosistemas en experimentos in situ de aguas profundas "
Comprender los electro-ecosistemas y cómo las corrientes eléctricas pueden soportar la vida podría conducir a un plan para ecosistemas humanos sostenibles, utilizando tecnología como pilas de combustible, baterías y convertidores termoeléctricos ".
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Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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