Boletín
UNAM-DGCS-293
Ciudad Universitaria
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ESTUDIAN EN
Científicos de la UNAM estudian a
Por ello, la especialista del Instituto de Biotecnología (IBt), Katy
Juárez López, usará, por primera vez en el país, la bioestimulación de ese
microorganismo para recuperar un sitio
contaminado por cromo: la Ex hacienda El
Hospital, en el municipio de Cuautla, Morelos.
Al mismo tiempo, analiza la regulación de la expresión genética de los
filamentos que poseen, llamados pili,
una especie de "nanocables", que tienen la importante función de
conducir la electricidad.
Financiada por el Departamento de Energía de Estados Unidos, la
científica ha iniciado el mapeo global
de la expresión de todos los genes de Geobacter
lo que, se espera, proporcionará valiosa información para conocer y aprovechar
mejor a esos organismos.
“Se deben buscar fuentes alternas de energía renovable, pues no será
una sola la que resuelva la falta de hidrocarburos que se avecina”, advirtió la
bióloga por la Facultad de Ciencias de la UNAM, y maestra y doctora por el
propio IBT.
La bioelectricidad es la producción de energía por medio de
microorganismos. Ese es el caso de
Al igual que los humanos usan la glucosa para obtener energía al
respirar oxígeno, estas bacterias respiran de manera semejante y toman los
compuestos orgánicos que encuentran en el medio y los metabolizan; al hacerlo, liberan
electrones, sólo que en lugar de transferirlos como los humanos, estas
bacterias los trasladan a metales o también pueden ser canalizados a electrodos,
que al almacenarse en una pila, permiten “cosechar” electricidad.
La transportación de electrones a metales pesados reduce la toxicidad y
ayudan a recuperar sitios contaminados por esos elementos.
Las especies que conforman esta familia son muchísimas, explicó Juárez.
No obstante, en EU ya se ha secuenciado el genoma de entre siete y diez de
ellas. La más conocida en genética, biología molecular, metabolismo y
fisiología es la Geobacter sulfureducens.
Estas bacterias se hallan en hábitats
acuáticos anaerobios, en el fondo de ríos aunque otras especies son marinas
a pesar de que existen otros organismos anaeróbicos que también generan
bioelectricidad, las Geobacter tienen
la ventaja de que pueden transferir los electrones directamente, sin necesidad
de “transportadores” que implican costos extra; son las mejores, detalló.
Además, aclaró, se trata de un
organismo que puede ser cultivado. Eso es interesante, porque el 99 por ciento
de las bacterias que habitan en el suelo no lo son, no presentan condiciones
para hacerlos crecer en laboratorio.
Con estas bacterias es posible obtener dos tipos de celdas microbianas
o baterías. Unas llamadas celdas de sedimento
emplean el lodo donde habitan estos microorganismos; ahí, se produce
energía simplemente conectando un electrodo en la parte donde, a cierta
profundidad, no hay oxígeno, con otro electrodo que se encuentre en presencia
de oxígeno.
Así se capturan los electrones y el potencial respectivo es grande,
pues esa generación puede partir de desechos o materia orgánica en
descomposición, sostuvo.
Otras celdas, de laboratorio, requieren colocar las bacterias en el
medio adecuado y "alimentarlas" con compuestos orgánicos que se
encuentran normalmente en el subsuelo, como el acetato, para que crezcan y se
reproduzcan, puntualizó.
En el suelo, de forma “natural”, dependen de los metales para usarlos como
aceptores o “aceptadores” de electrones y así activar su metabolismo. Por ello,
señaló, el tiempo de duplicación es un poco más largo que el de otras
bacterias, de dos días a una semana.
En el laboratorio, las
condiciones cambian. "Si se le da el alimento y el aceptor de electrones
que requieren, el metabolismo se activa y el tiempo de duplicación es de sólo
45 minutos", dijo.
A pesar de ser un área de estudio relativamente reciente, las
aplicaciones son ya una realidad. Por ejemplo, hay baterías de sedimento con
"consorcios" de microorganismos que hacen funcionar plantas de
tratamiento de aguas. A la vez que se genera energía, se limpia el líquido.
En
De igual forma, las Geobacter
del fondo marino generan la potencia suficiente para hacer funcionar los
instrumentos que miden parámetros como la temperatura y el pH del mar,
monitoreo constante que con otro tipo de dispositivos, sería de alto costo,
refirió.
Por supuesto, apuntó, ya se usan también en el vecino país del norte,
para biorremediar suelos contaminados con metales pesados, que son reducidos,
es decir, por las Geobacter se
vuelven menos tóxicos.
Un caso es el del río Rifle, en Colorado, que estuvo dañado con
material radiactivo de uranio VI. Se trabajó con pozos de inyección de acetato,
reduciéndolo a uranio IV; la reparación alcanzada fue cercana al 80 por ciento
en cinco años.
El uranio, el cromo, el cadmio y otros metales son difíciles de
remover, sobre todo en el subsuelo, pues son muy solubles y se filtran a los
mantos freáticos, perjudicándolos. Pero poniéndoles "alimento" a
estos organismos, inyectándoles acetato, se pueden rescatar grandes extensiones
de terreno, aclaró Juárez.
Paralelamente, el Departamento de Energía de EU financia trabajos como
el Geobacter Project, donde
participan científicos de ese país, de Europa y
También, la industria automotriz está interesada en el desarrollo de
pilas para los coches que sean competitivas con las que funcionan en la
actualidad, expuso. "El potencial es grande, sobre todo para lugares
remotos donde las celdas solares no pueden usarse porque está nublado e,
incluso, para hacer funcionar diferentes dispositivos en misiones espaciales a
Marte, investigación que se desarrolla actualmente en el Instituto Tecnológico
de Massachusetts".
El caso mexicano
Con el genoma completo de varias especies de Geobacter, se busca obtener mutantes que incrementen la capacidad
de transferir electrones.
Esa es la misión de Juárez, quien analiza la expresión de la regulación
genética del pili, descubierto hace
apenas tres años. "Es como un
cabello de estos organismos que se usan para trasladar los electrones al metal,
o al electrodo, a fin de producir electricidad. Son conductivos y podrían tener
cierta aplicación en nanotecnología".
Esos filamentos, 20 mil veces más delgados que un cabello, están formados
de una proteína llamada pilina y alcanzan hasta cinco micrómetros de largo.
Hasta ahora, se desconoce por qué son conductores, aunque se piensa que pueden
contener citocromos, moléculas encargadas de reducir los metales. Las Geobacter tienen alrededor de 100 distintos citocromos
de estas moléculas, cuando por lo general otros grupos poseen sólo cinco o
seis.
Hoy, tres celdas microbianas de combustible de lodo pueden producir el
equivalente a dos pilas “doble A", es decir, energía suficiente para activar
una calculadora o un artefacto pequeño. En el laboratorio, con condiciones
óptimas, una sola de éstas produce la misma energía. No es mucho, pero "se
está tratando de mejorar. Además, las pilas de sedimento pueden funcionar por
un año, ese es otro de sus atractivos, además del beneficio ambiental que
implican", apuntó.
La aplicación inmediata en el país de estos avances, será en la
reducción de metales, en la biorremediación de zonas contaminadas por la industria peletera, de cromatos e,
incluso, de pinturas que antes se usaban. México tiene aproximadamente
mil sitios afectados por cromo VI que, con este tipo de bacterias, podría convertirse en cromo III,
menos tóxico y que se precipita, para ser removido.
Como estos organismos ya existen en el subsuelo, no habría necesidad de
introducirlos, simplemente estimularlos, darles compuestos para hacerlos crecer
y que cumplan su función. Así ocurrirá en
En 2002, en la periferia
del casco de la hacienda, luego de más de 10 años que la fábrica fue cerrada,
se encontraron 47 sitios contaminados por cromo, plomo y cadmio por arriba de
las normas permitidas.
Por ello, será necesario buscar financiamiento para construir pozos de
bioestimulación, donde se inyectará acetato para incrementar la población de
microorganismos, reducir el cromo y evitar la contaminación de los mantos
freáticos. Para este proyecto ya se cuenta con la colecta de muestras y
estudios preliminares y se espera echarlo a andar pronto, concluyó.
Algunas de los artículos más recientes de la especialista en coautoría
son: Computational and Experimental Analysis of Redundancy
in the Central Metabolism of Geobacter sulfurreducens, en PLoS Compu. Biol., y PilR, a Transcriptional
Regulator for Pilin and Other Genes Required for Fe (III) Reduction in Geobacter
sulfurreducens, en J Mol Microbiol Biotechnol.
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FOTO 01
La especialista
del IBt de la UNAM, Katy Juárez, bioestimulará a
FOTO 02.
Científicos de la
UNAM estudian