Descobreixen com es transmet l’electricitat dins dels bacteris-cable

Un estudi internacional en el qual han participat investigadors de l’IBEC, ha determinat que el níquel és l’element conductor clau en el transport d’electricitat en els bacteris-cable. Es tracta d’un nou mecanisme de transport d’electrons a llarg recorregut fins ara desconegut.

Read more…

La troballa, publicada en la revista Nature Communications, obre les portes a entendre el secrets d’aquests bacteris, capaços de transformar energia química en elèctrica en “cel·les de combustible microbianes” i que tenen un important paper en el manteniment de l’ecosistema marí.

Figura: Imatge de microscòpia de força atòmica de cèl·lules de bacteris-cable amb els cables proteics en l’embolcall cel·lular que van contínuament de cèl·lula a la cèl·lula (Imatge: M. Checa).

En 2010, els científics van observar misteriosos corrents elèctrics en el fons marí. Després d’examinar mostres de sediments, es va revelar que s’originaven per bacteris filamentosos anomenats bacteris-cable. Es tracta de llargues cadenes formades per cèl·lules apilades una damunt de l’altra, arribant a tenir més de 10.000 de cèl·lules. Els bacteris-cable contenen estructures similars a cables que passen d’una cèl·lula a una altra connectant ininterrompudament tot el filament i que tenen la capacitat única de transportar corrents elèctrics a distàncies d’un centímetre de llarg. Els bacteris-cable participen en el control de l’eutrofització (l’enriquiment excessiu en nutrients) de l’aigua i redueixen la producció de metà (un dels gasos de l’efecte d’hivernacle). A més, s’associen a altres bacteris per a convertir energia química dels fons dels oceans en energia elèctrica. 

La disponibilitat d’organismes amb propietats elèctriques tan interessants com els bacteris-cable té un gran potencial per a noves aplicacions en bioelectrònica. No obstant això, fins ara no es coneixia ni l’estructura ni el mecanisme de transport d’electrons que utilitzaven aquests microorganismes. Ara, un equip internacional d’investigadors ha realitzat un descobriment pioner que explica moltes d’aquestes incògnites. Utilitzant una combinació de microscopia d’alta resolució, espectroscopia i imatges químiques, han identificat que el níquel és el metall actiu que permet la conductivitat en aquests “cables vius”.  

És la primera vegada que es descriu un mecanisme basat en níquel i estructures proteiques per al transport d’electrons a llarg recorregut.

Gabriel Gomila, cap de grup en IBEC i professor de la Universitat de Barcelona (UB) 

El treball, publicat en la prestigiosa revista Nature Communications, ha estat dirigit pels Drs. H.S.T. Boschker (Delft University of Technology) i F. J. R. Meysman (University of Antwerp), juntament amb científics d’altres 17 centres, incloent investigadors de l’IBEC liderats pel professor de la UB Gabriel Gomila. 

Cables aïllants fets de proteïnes 

Els bacteris-cable pertanyen a la família Desulfobulbaceae, i malgrat ser el focus d’intenses recerques, encara existeixen diverses incògnites al seu respecte. Moltes de les tècniques tradicionals utilitzades amb altres bacteris no són compatibles amb els bacteris-cable degut al seu complex metabolisme i estil de vida, que dificulten el cultiu en laboratori i la recol·lecció de biomassa. 

Ara, els investigadors han superat aquests obstacles combinant tècniques d’avantguarda i han aconseguit obtenir una visió més detallada i clara que mai dels bacteris-cable i de les seves peculiars fibres conductores. Els resultats van revelar que les fibres tenen un nucli proteic ric en níquel (27% de l’àrea d’una secció transversal) que canalitza el corrent elèctric, mentre que la capa exterior, aïllant i deficient en níquel, està composta per proteïnes. Han observat que l’estructura d’aquestes fibres és similar a la de cables elèctrics domèstics. 

Els investigadors van demostrar, a més, el paper fonamental del níquel en la conducció de l’electricitat oxidant-lo o eliminant-lo selectivament d’algunes mostres. Quan ho van fer, la conductivitat de les fibres va disminuir dràsticament. Els nous resultats d’aquest treball amplien l’escala de longitud coneguda de conducció d’electricitat a través d’estructures proteiques, de micròmetres a centímetres. 

Malgrat que encara quedi molt per descobrir sobre els bacteris-cable, com les bases genètiques i moleculars d’un transport d’electrons de llarg recorregut tan eficient, aquest estudi obre les portes a altres descobriments sobre aquests enigmàtics organismes. Una vegada tinguem una millor comprensió de com exactament aprofiten l’electricitat, algun dia podrien usar-se per a augmentar l’eficiència de les cel·les de combustible microbianes i fins i tot per a ajudar a netejar els vessaments de petroli dels oceans, entre altres possibles aplicacions. 



Article de referència: 

Henricus T. S. Boschker et al. Efficient long-range conduction in cable bacteria through nickel protein wiresNat Communications 12, 3996 (2021).