Si bien se han encontrado bacterias que producen electricidad en ambientes exóticos como minas y fondos de lagos, los científicos han perdido una fuente más cercana a su hogar: el intestino humano.
La Universidad de California, Berkeley, los científicos descubrieron que una bacteria común que causa diarrea, Listeria monocytogenes, produce electricidad usando una técnica completamente diferente de las bacterias electrogénicas conocidas, y que cientos de otras especies bacterianas usan este mismo proceso.
Muchas de estas bacterias chispeantes son parte del microbioma intestinal humano, y muchas, como el insecto que causa la enfermedad transmitida por los alimentos, la listeriosis, que también puede causar abortos espontáneos, son patógenas. Las bacterias que causan gangrena Clostridium perfringens e infecciones adquiridas en el hospital Enterococcus faecalis y algunas bacterias estreptococos que causan enfermedades también producen electricidad.Otras bacterias electrogénicas, como los lactobacilos, son importantes en la fermentación del yogur, y muchas son probióticos.
"El hecho de que tantos insectos que interactúan con los humanos, ya sea como patógenos o en probióticos o en nuestra microbiota o que participan en la fermentación de productos humanos, sean electrogénicos, eso se había pasado por alto antes", dijo Dan Portnoy, UC Berkeleyprofesor de biología molecular y celular y de biología vegetal y microbiana. "Podría decirnos mucho acerca de cómo estas bacterias nos infectan o nos ayudan a tener un intestino sano".
El descubrimiento será una buena noticia para aquellos que actualmente intentan crear baterías vivas a partir de microbios. Dichas tecnologías bioenergéticas "verdes" podrían, por ejemplo, generar electricidad a partir de bacterias en las plantas de tratamiento de residuos.
La investigación se publicará en línea el 12 de septiembre antes de la publicación impresa del 4 de octubre en la revista Naturaleza .
Respirando metal
Las bacterias generan electricidad por la misma razón por la que respiramos oxígeno: para eliminar los electrones producidos durante el metabolismo y apoyar la producción de energía. Mientras que los animales y las plantas transfieren sus electrones al oxígeno dentro de las mitocondrias de cada célula, las bacterias en entornos sin oxígeno, incluido nuestrointestino, pero también depósitos de fermentación de alcohol y queso y minas ácidas, tienen que encontrar otro aceptor de electrones. En entornos geológicos, que a menudo ha sido un mineral, hierro o manganeso, por ejemplo, fuera de la célula. En cierto sentido, estosbacterias "respiran" hierro o manganeso.
La transferencia de electrones de la célula a un mineral requiere una cascada de reacciones químicas especiales, la llamada cadena de transferencia de electrones extracelular, que transporta los electrones como una pequeña corriente eléctrica. Algunos científicos han aprovechado esa cadena para hacer una batería: pegarun electrodo en un matraz de estas bacterias y puede generar electricidad.
El sistema de transferencia de electrones extracelular recientemente descubierto es en realidad más simple que la cadena de transferencia ya conocida, y parece ser utilizado por bacterias solo cuando es necesario, tal vez cuando los niveles de oxígeno son bajos. Hasta ahora, esta cadena de transferencia de electrones más simple se ha encontrado en bacteriascon una sola pared celular, microbios clasificados como bacterias grampositivas, que viven en un ambiente con mucha flavina, que son derivados de la vitamina B2.
"Parece que la estructura celular de estas bacterias y el nicho ecológico rico en vitaminas que ocupan hace que sea mucho más fácil y rentable transferir electrones fuera de la célula", dijo el primer autor Sam Light, un becario postdoctoral ".Por lo tanto, creemos que las bacterias que respiran minerales, estudiadas convencionalmente, están utilizando la transferencia de electrones extracelular porque es crucial para la supervivencia, mientras que estas bacterias recientemente identificadas lo están utilizando porque es 'fácil' ".
Para ver cuán robusto es este sistema, Light se asoció con Caroline Ajo-Franklin del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, quien explora las interacciones entre los microbios vivos y los materiales inorgánicos para posibles aplicaciones en la captura y captura de carbono y la generación de energía bio-solar.
Ella usó un electrodo para medir la corriente eléctrica que fluye de la bacteria, hasta 500 microamperios, confirmando que es realmente electrogénica. De hecho, producen la misma cantidad de electricidad, unos 100,000 electrones por segundo por celda,- como se conoce bacteria electrogénica.
La luz está particularmente intrigada por la presencia de este sistema en Lactobacillus, bacteria crucial para la producción de queso, yogurt y chucrut. Quizás, sugiere, el transporte de electrones juega un papel en el sabor del queso y el chucrut.
"Esta es una gran parte de la fisiología de las bacterias que la gente no sabía que existía, y que podría ser potencialmente manipulada", dijo.
Light y Portnoy tienen muchas más preguntas sobre cómo y por qué estas bacterias desarrollaron un sistema tan único. Simplicidad: es más fácil transferir electrones a través de una pared celular en lugar de a través de dos, y una oportunidad, aprovechando las ubicuas moléculas de flavina paradeshacerse de los electrones: parece haber permitido que estas bacterias encuentren una forma de sobrevivir en entornos ricos en oxígeno y pobres en oxígeno.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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