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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.
