La sorprendente habilidad eléctrica de las bacterias anammox

Las anammox son bacterias anaeróbicas presentes en ambientes marinos y de agua dulce carentes de oxígeno, como las capas de sedimentos del fondo subacuático. Obtienen energía usando el amonio como su donador de electrones y el nitrito soluble intracelular como aceptor de electrones, con la liberación de gas nitrógeno. O eso pensaban los científicos.

El equipo integrado, entre otros, por Pascal Saikaly y Dario Shaw, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) en Arabia Saudita, ha comprobado que las bacterias anammox de agua dulce y marina también pueden transferir electrones del amonio a aceptores de electrones extracelulares, como el óxido de grafeno o los electrodos de las celdas de electrólisis microbianas. Esta novedosa transferencia de electrones extracelulares por las bacterias anammox había sido teorizada por científicos durante más de una década, pero no había sido explorada adecuadamente.

Al investigar el genoma de las anammox, los autores del nuevo estudio han encontrado que estas bacterias tienen proteínas que contienen hierro llamadas citocromos que también están presentes en tipos de bacterias conocidas por su capacidad de transportar electrones fuera de sus células. El equipo de investigación se propuso averiguar si las bacterias anammox también podían realizar transferencia de electrones extracelulares.

El equipo de Saikaly y Shaw encontró que los electrones se transferían desde el amonio dentro de la bacteria a la materia en estado sólido fuera de la célula. Para que esto ocurriera, los electrones cruzaban tres barreras diferentes, comenzando desde el interior de un organelo celular. "Esto significa que hemos demostrado por primera vez un tipo de bacteria que puede transferir electrones a través de tres membranas diferentes", destaca Saikaly. Este hallazgo cuestiona suposiciones de la biología celular muy arraigadas.

Las bacterias anammox crecieron en la superficie de un electrodo y convirtieron el amonio en gas nitrógeno. Los electrones liberados de este proceso fluyen a través del electrodo en forma de una corriente eléctrica que puede ser utilizada para generar gas de hidrógeno rico en energía. Este es un paso adelante hacia el tratamiento de aguas residuales con energía neutral o positiva. (Imagen: © 2020 KAUST)

Los nuevos hallazgos prometen traer avances importantes en los campos de la ecología microbiana, la bioelectroquímica y el tratamiento sostenible de aguas residuales. Las bacterias anammox ya se emplean para hacer reutilizables las aguas residuales mediante la eliminación de amonio. Ahorran energía en comparación con el uso convencional de las bacterias aeróbicas, que requieren oxígeno como aceptor de electrones para la oxidación del amonio. Proporcionar oxígeno a través de un sistema de aireación requiere mucha energía. Las bacterias anammox utilizadas para el tratamiento de aguas residuales no necesitan oxígeno, pero requieren nitrito como aceptor de electrones. Este lo proporciona otro tipo de bacteria que necesita oxígeno, y por lo tanto energía, para producirlo.

Lo descubierto en el nuevo estudio sugiere que las bacterias anammox por sí solas podrían utilizarse para la eliminación del amonio, y al mismo tiempo generar electricidad o gas de hidrógeno rico en energía, en las celdas de electrólisis microbiana. (Fuente: NCYT de Amazings)