Hace ya algunos meses, os hablé en un artículo de distintas posibilidades de pilas biológicas; en esta ocasión, para avanzar en la creación de nuestro particular “biocircuito”, os hablaré de cables biológicos y más concretamente de cables formados por bacterias.
Para empezar me gustaría explicar un poco las bases que explican este fenómeno. La vida en la Tierra se caracteriza, entre otras cosas, por basarse en la creación de energía a partir de transportar electrones desde sustancias en las que el electrón se encuentra en puntos elevados de energía hasta sustancias en las que el electrón se encuentre en puntos más bajos de energía; durante ese transporte, el diferencial de energía es aprovechado por el organismo para su uso inmediato o para su almacenamiento en moléculas biológicas como el ATP. Desde la más simple de las bacterias hasta el más complejo de los organismos (con excepciones circunstanciales) obtiene así energía para desarrollar sus actividades básicas (notad que las entidades subcelulares como los virus realizan sus actividades básicas gracias a la energía obtenida por sus anfitriones celulares).
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| Cadena transportadora de electrones de una mitocondria |
Pero, ¿qué ocurre cuando el nicho biológico de un organismo (su hábitat) no tiene una sustancia dadora de electrones de elevada energía y una sustancia aceptora de electrones de baja energía disponibles? Es decir, ya entrando en el caso concreto, ¿si su fuente de energía (dador de electrones) se encuentra en un lugar donde no hay oxígeno (aceptor de electrones)? Hace dos años se descubrió que en el lodo del lecho marino de la bahía de Aarhus (Dinamarca) había corrientes eléctricas y Lars Peter Nielsen supuso que tras ese fenómeno podía encontrarse la actividad de algún entramado de bacterias capaces de transportar electrones entre ellas. Tras 2 años de investigación el resultado ha superado lo esperado.
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| Bahía de Aarhus, Dinamarca |
Christian Pfeffer, investigador del grupo de Nielsen, ha descubierto que las corrientes eléctricas detectadas en aquellos lodos eran creadas por una estructura multicelular de bacterias filamentosas de la familia Desulfobulbaceae; en esta estructura las bacterias están dispuestas “en línea” formando literalmente cables de varios centímetros. Un estudio en profundidad de estas bacterias ha permitido observar que las agrupaciones formadas por estas bacterias presentan filamentos muy finos en su interior que pasan de una bacteria a la siguiente y que además hay una estructura membranosa que envuelve el conjunto de bacterias, formando así el equivalente a un cable eléctrico con envoltura aislante.
El significado biológico de este “comportamiento” enlaza con lo que os he explicado al principio: el fondo del lecho marino contiene sulfitos, un compuesto dador de electrones y por lo tanto una interesante fuente de energía, pero el lodo es un ambiente totalmente anaeróbico, por lo que no tenemos un aceptor de electrones que permita completar el transporte de electrones. Estas bacterias habrían optado por extraer el electrón de los sulfitos en el fondo, pasárselas a sus vecinas de encima una tras otra hasta llegar a una zona aerobia del lodo y una vez allí completar la cadena de transporte de electrones con el oxígeno.
Aunque este sea el caso más extremo de transporte continuo de electrones entre células (la corriente eléctrica neuronal sólo ocurre dentro de una misma neurona, entre neuronas la conexión es química) ya se había observado antes la capacidad de algunas bacterias para utilizar corrientes eléctricas en su beneficio, así tenemos, por ejemplo, bacterias como las que mencioné en el artículo sobre bioremediación del género Geobacter que, para “descontaminar” ambientes radiactivos, envían electrones a través de pili a los iones de uranio para volverlos así insolubles y que precipiten, haciendo de esta manera mucho más sencilla la tarea de descontaminación del agua. El significado de usar estos “cables” eléctricos está en el hecho que aunque estas bacterias puedan ser relativamente mucho más resistentes a la radiación que otros organismos, un contacto directo con entidades radiactivas podría dañarlas gravemente por lo que estos pili les permiten liberar su entorno de radiación sin “suicidarse” en el proceso.
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| Geobacter usando sus pili |
Otro caso de “biocircuitos” es el que protagonizan otras bacterias del fondo marino que utilizan minerales como la magnetita para transportar los electrones obtenidos de dadores de electrones hasta bacterias que puedan completar la cadena hasta el oxígeno.
Como podéis ver, existen múltiples ejemplos en la naturaleza de transporte de electrones entre organismos que pueden incitarnos a imaginar la posibilidad de crear ingenios bioeléctricos a escala micrométrica. Por ahora nosotros ya tenemos las pilas y los cables, ¿qué conectaremos a nuestro peculiar circuito?
Fuentes:
http://www.wired.com/wiredscience/2012/10/bacteria-electric-wires?pid=5171&viewall=true
