jueves, 21 de mayo de 2015

DESCUBREN CÓMO UNOS MICROBIOS ADQUIEREN ELECTRICIDAD PARA PRODUCIR METANO

noticiasdelaciencia.com

Unos científicos han resuelto un misterio duradero sobre los metanógenos, microorganismos únicos que generan metano a partir de electricidad y dióxido de carbono. En este nuevo estudio, llevado a cabo por el equipo de Jörg Deutzmann y Alfred Spormann, de la Universidad de Stanford en California, Estados Unidos, se ha demostrado por primera vez cómo los metanógenos obtienen electrones de superficies sólidas. El descubrimiento podría ayudar a los científicos a diseñar electrodos para “fábricas” microbianas que produzcan de manera sostenible gas metano y otros biocombustibles y sustancias útiles.

Unas colonias de microbios producen gas metano y otros compuestos valiosos en el laboratorio del profesor Alfred Spormann. El objetivo de la investigación es crear fábricas microbianas que conviertan electricidad y dióxido de carbono en biocombustibles renovables y otras sustancias químicas útiles y sostenibles. (Foto: Mark Shwartz, Precourt Institute for Energy, Stanford University)


Esas factorías tendrían grandes biorreactores donde los microbios producirían combustibles renovables y otras sustancias valiosas, usando para ello dióxido de carbono atmosférico (ayudando así a mitigar su acumulación climáticamente peligrosa en la atmósfera) y electricidad limpia procedente de energía solar o eólica.
Todo el proceso tendría un balance neutro de emisiones de carbono. Cuando el metano microbiano se quemase como combustible, el dióxido de carbono liberado tan solo estaría regresando a la atmósfera de donde provino. La combustión del gas natural, en cambio, libera carbono que ha estado atrapado bajo tierra durante millones de años.
Durante mucho tiempo, se ha venido creyendo que los metanógenos toman electrones directamente del electrodo. Pero en un estudio previo, el equipo de Deutzmann halló pruebas de que ciertas enzimas microbianas y otras moléculas podrían desempeñar también un papel importante. Desde la perspectiva de la ingeniería, existe una gran diferencia si hay que diseñar un electrodo para acomodar células microbianas grandes en vez de enzimas. Como las enzimas son más pequeñas, una cantidad de moléculas mayor que la de células se podría acomodar en el electrodo, si el sistema se diseña con esto en mente.
Para los experimentos de la nueva investigación el equipo de la Universidad de Stanford utilizó una especie de metanógeno llamada Methanococcus maripaludis. Ésta se cultivó en matraces equipados con un electrodo de grafito, que proporcionó un suministro continuo de electrones. Los microbios también fueron alimentados con dióxido de carbono gaseoso.
Como se esperaba, se formó gas metano dentro de los matraces, una clara indicación de que los metanógenos estaban asimilando los electrones y metabolizando el dióxido de carbono. Pero los investigadores detectaron una acumulación de gas hidrógeno.
El equipo repitió el experimento usando una variedad modificada genéticamente de M. maripaludis. Estos metanógenos mutantes tenían seis genes borrados de su ADN, de manera que ya no podían producir la enzima hidrogenasa, que los microbios necesitan para generar hidrógeno. Aunque los mutantes fueron cultivados en las mismas condiciones que los metanógenos normales, su producción de metano era notablemente más baja. Sin la hidrogenasa, la producción de metano se redujo a una minúscula parte. Esta fue una indicación contundente de que las enzimas productoras de hidrógeno estaban muy implicadas en la asimilación de electrones.
Pruebas adicionales sin células metanógenas confirmaron que la hidrogenasa y otras enzimas toman los electrones directamente de la superficie del electrodo. La célula microbiana en sí misma no está implicada en la transferencia.
Ahora que se ha averiguado por fin cómo exactamente toman los metanógenos la electricidad, se podrán rediseñar los electrodos convencionales de manera que las nuevas versiones sirvan para proporcionar más electrones a más microbios y a un ritmo más alto.

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