Descubren la causa de las extraordinarias propiedades eléctricas de las bacterias-cable

Un estudio publicado en Nature Communications determina el elemento clave en el transporte de electricidad en las llamadas bacterias-cable, abriendo las puertas a entender los secretos de seres capaces de transformar energía química en eléctrica, con gran importancia para el ecosistema marino y potencial para nuevas aplicaciones en bioelectrónica.

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Figura: Imagen de microscopía de fuerza atómica de células de bacterias-cable con los cables proteicos en la envoltura celular que van continuamente de célula a la célula (Imagen: M. Checa).

En 2010, los científicos observaron misteriosas corrientes eléctricas en el fondo marino. Después de examinar muestras de sedimentos, se reveló que se originaban por bacterias filamentosas llamadas bacterias-cable. Se trata de largas cadenas formadas por células apiladas una encima de la otra, llegando a tener más de 10.000 de células. Las bacterias-cable contienen estructuras similares a cables que pasan de una célula a otra conectando ininterrumpidamente todo el filamento y que tienen la capacidad única de transportar corrientes eléctricas a distancias de un centímetro de largo. Las bacterias-cable participan en el control de la eutrofización (el enriquecimiento excesivo en nutrientes) del agua y reducen la producción de metano (uno de los gases del efecto invernadero). Además, se asocian a otras bacterias para convertir energía química de los fondos de los océanos en energía eléctrica. 

La disponibilidad de organismos con propiedades eléctricas tan interesantes como las bacterias-cable tiene un gran potencial para nuevas aplicaciones en bioelectrónica. Sin embargo, hasta ahora no se conocía ni la estructura ni el mecanismo de transporte de electrones que utilizaban estos microorganismos. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha realizado un descubrimiento pionero que explica muchas de esas incógnitas. Utilizando una combinación de microscopía de alta resolución, espectroscopía e imágenes químicas, han identificado que el níquel es el metal activo que permite la conductividad en estos “cables vivos”.  

Es la primera vez que se describe un mecanismo de este tipo para el transporte de electrones a largo alcance.

Gabriel Gomila, jefe de grupo en IBEC y profesor de la Universidad de Barcelona (UB) 

El trabajopublicado en la prestigiosa revista Nature Communicationsha sido dirigido por los DrsH.S.T. Boschker (Delft University of Technology) y F. J. R. Meysman (University of Antwerp)juntamente con científicos de otros 17 centrosincluyendo investigadores del IBEC liderados por el profesor de la UB, y Líder de Grupo en IBEC, Gabriel Gomila.  

Cables aislantes hechos de proteínas 

Las bacterias-cable pertenecen a la familia Desulfobulbaceae, y a pesar de ser el foco de intensas investigaciones, aún existen varias incógnitas a su respecto. Muchas de las técnicas tradicionales utilizadas con otras bacterias no son compatibles con las bacterias-cable debido a su complejo metabolismo y estilo de vida, que dificultan el cultivo en laboratorio y la recolección de biomasa.  

Ahora, los investigadores han superado estos obstáculos combinando técnicas de vanguardia y han logrado obtener una visión más detallada y clara que nunca de las bacterias-cable y de sus peculiares fibras conductoras. Los resultados revelaron que las fibras tienen un núcleo proteico rico en níquel (27% del área de una sección transversal) que canaliza la corriente eléctrica, mientras que la capa exterior, aislante y deficiente en níquel, está compuesta por proteínas. Han observado que la estructura de dichas fibras es similar a la de cables eléctricos domésticos. 

Los investigadores demostraron además el papel fundamental del níquel en la conducción de la electricidad oxidándolo o eliminándolo selectivamente de ciertas muestras. Cuando lo hicieron, la conductividad de las fibras disminuyó drásticamente. Los novedosos resultados de este trabajo amplían la escala de longitud conocida de conducción de electricidad a través de estructuras proteicas de micrómetros a centímetros. 

Aunque aún quede mucho por descubrir sobre las bacterias-cable, como las base genéticas y moleculares de un transporte de electrones de largo alcance tan eficiente, este estudio abre las puertas a otros descubrimientos sobre estos enigmáticos organismos. Una vez tengamos una mejor comprensión de cómo exactamente aprovechan la electricidad, algún día podrían usarse para aumentar la eficiencia de las celdas de combustible microbianas e incluso para ayudar a limpiar los derrames de petróleo de los océanos, entre otras posibles aplicaciones. 



Artículo de referencia: 

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