Bacterias que generan electricidad a partir de materia orgánica y otras monerías.

Dra. Katy Juárez López / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México
Archivo: Biotecnología

El gran desafío que enfrenta la humanidad actualmente es el reemplazo de combustibles fósiles con fuentes de energía renovable y que no tengan un impacto nocivo en el ambiente, ni contribuyan al calentamiento global. Se sabe que los microorganismos son capaces de producir combustibles como etanol, metano e hidrógeno a partir de la materia orgánica, sin embargo, es menos conocida su capacidad de transformar esta materia orgánica en electricidad.
          En lugar de utilizar microorganismos para producir combustible, que tal emplearlos directamente para producir electricidad? La capacidad de las bacterias para generar una corriente eléctrica se descubrió desde 1910, pero sólo en los últimos años resurgió el interés en emplearlas en celdas microbianas de combustible (baterías microbianas) que son dispositivos que convierten la energía química de un combustible en electricidad, sin quemar nada). Este es el caso de Geobacter spp. una bacteria muy abundante en los sedimentos acuáticos y que presenta características muy interesantes, como son la producción de electricidad, la bioremediación de metales pesados y la producción de estructuras denominadas nanocables bacterianos, que pueden emplearse como nanoconductores.

¿Cómo Geobacter genera electricidad?
Estas bacterias son anaeróbicas y en su hábitat natural emplean metales para respirar y obtener energía, el cual por cierto, es un proceso muy importante para el reciclamiento de estos elementos en el ambiente. De igual manera que estas bacterias son capaces de transferir los electrones a numerosos metales, también son capaces de transferirlos a electrodos y así constituir una celda microbiana o una batería microbiana.
          Existen varios grupos de bacterias que pueden emplearse en las celdas microbianas de combustible, sin embargo, son las del género Geobacter las que lo hacen con la mayor eficiencia, ya que lo pueden hacer directamente a través de los denominados nanocables microbianos y también por un enorme número de citocromos, proteínas especializadas que se encuentran en su superficie y que facilitan la transferencia. Hay dos principales tipos de celdas, las celdas microbianas de combustible que emplean cultivos aislados en dispositivos controlados en el laboratorio y las celdas microbianas de sedimento, las cuales emplean la materia orgánica de fondos acuáticos (marinos y de agua dulce) para producir electricidad. Estas celdas ya se emplean en algunos lugares aportando la energía necesaria el funcionamiento de dispositivos marinos de monitoreo de temperatura, pH, entre otros parámetros, con la ventaja que este tipo de baterías no requieren de mantenimiento y pueden durar hasta varios años funcionando lo cual resulta promisorio como una estrategia para la producción de bioelectricidad, especialmente en lugares remotos, donde por ejemplo incluso las celdas solares no podrían emplearse exitosamente.
          En nuestro laboratorio, del Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis del Instituto de Biotecnología de la UNAM, estudiamos la regulación de los procesos de transferencia de electrones con el fin de incrementar tanto la generación de electricidad, como la reducción de metales pesados, así como el incremento en la producción de biopelícula y nanocables. Todo esto mediante la ayuda de la ingeniería genética para generar mutantes que puedan emplearse en las celdas microbianas y en la bioremediación de metales tóxicos para el ambiente.

Otras monerías de las Geobacter
Como ya se mencionó estas bacterias pueden transferir los electrones a numerosos tipos de metales entre los que se encuentran uranio, vanadio, cromo, tecnecio, entre otros, que constituyen un problema de contaminación en suelos y acuíferos subterráneos, reduciéndolos y transformándolos en una forma menos tóxica y factible de remover.
         Otra característica muy interesante es que la especie G. sulfurreducens produce de manera natural unos filamentos muy delgados denominados pili que a manera de nanocables se utilizan como conductores de electricidad. Miden aproximadamente entre 3 y 5 nanómetros de diámetro es decir, son miles de veces más delgados que un cabello. Estos filamentos son importantes para transferir los electrones a los electrodos, ya que se requieren para la formación de una biopelícula, la cual hace contacto directo con el electrodo, éstos con un alto contenido de estos nanocables actualmente se evalúan para su uso como redes conductivas en nanotecnología.
         Por último es importante mencionar que si bien actualmente este tipo de investigaciones aun no están al alcance de la sociedad, es indispensable avanzar en ello, ya que no se puede olvidar que el uso excesivo de combustibles fósiles ha incrementado la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera y con ello su impacto negativo en el cambio climático que sufre nuestro planeta.


Semblanza


La Dra. Katy Juárez López es originaria de la Ciudad de México. Estudió la licenciatura en Biología en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Realizó estudios de Maestría en Biotecnología en el Instituto de Investigaciones Biomédicas. Los estudios de doctorado en Biotecnología los realizó en el Instituto de Biotecnología (UNAM), obteniendo el grado en mayo del 2000. Es miembro del personal académico como investigadora del Instituto de biotecnología de la UNAM de junio del 2000 hasta la fecha. Realizó una estancia postdoctoral en la Universidad de Massachusets de dos años (2003-2005). Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (Nivel 1). Ha publicado 15 artículos en revistas de difusión internacional. Forma parte del grupo internacional ¨Geobacter Project¨ y mantiene colaboraciones con diversos grupos en la UNAM, la UAEM y en la Universidad de Massachusetts, USA.