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22 de Julio de 2021
Microbiología

Descubren el elemento clave que permite a las bacterias cable conducir electricidad

El hallazgo abre la puerta al desarrollo de nuevas tecnologías bioelectrónicas.

Detalle de tres células bacterianas que forman parte de un cable microbiano. [Nature Communications/Boschker et al.]

Algunas bacterias de la familia Desulfobulbaceae presentan la capacidad de formar «cables» microbianos capaces de conducir electricidad. La densidad de corriente de estas cadenas de más de 10.000 células es comparable a la del cableado de cobre doméstico y su conductividad muy parecida a la de los polímeros conductores, como el polipirrol o la polianilina.

«Desde el punto de vista de la ecología marina, estudiar estas bacterias resulta de interés para explicar la existencia de bacterias en sedimentos marinos en condiciones altamente anaeróbicas, es decir, en ausencia de oxígeno», explica, a Investigación y Ciencia, Gabriel Gomila, investigador del Instituto de Bioingeniería de Cataluña. «Los largos cables bacterianos permiten transportar electrones hasta los microorganismos más alejados, que habitan los depósitos anaeróbicos, para que estos puedan realizar el proceso de respiración celular».

Sin embargo, ahora el objetivo de la investigación ha cambiado hacia el desarrollo de la llamada «electrónica verde», totalmente biocompatible, biodegradable y sin impacto medioambiental. En este sentido, disponer de un biomaterial con las excepcionales propiedades eléctricas de los cables bacterianos, así como conocer el mecanismo responsable del transporte de electrones, permitiría alcanzar esta meta. «Hace unos tres años nos unimos a Filip J. R. Meysman, de la Universidad de Antwerp, quien lleva una década estudiando estos cables biológicos, en colaboración con otros investigadores, y gracias al trabajo conjunto de diez grupos de investigación, liderados por el propio Meysman, logramos resolver el misterio», cuenta Gomila acerca del estudio publicado en tiempo reciente por la revista Nature Communications, en el que ha participado.

La clave está en el níquel

Mediante la combinación de técnicas de microscopía de alta resolución, espectroscopia e imágenes químicas los investigadores lograron dilucidar la estructura de los filamentos. «Resulta extremadamente extraño que un material de origen biológico posea la capacidad de conducir corrientes eléctricas. Sorprende también la robustez de las fibras que a pesar de su diminuto tamaño, del orden de 50 nanómetros de diámetro, pueden extenderse a lo largo de centímetros. Pero lo que nos intrigó fue el parecido entre su estructura y la de un cable eléctrico», comenta el investigador.

De acuerdo con los resultados, los filamentos constan de una capa aislante, formada mayoritariamente por proteínas, de 15 nanómetros de grosor, que rodea un núcleo conductor, formado por metaloproteínas, de unos 25 nanómetros de diámetro. Este último guardaba una interesante sorpresa: el metal níquel. «Creo que este fue el hallazgo más relevante de la investigación. Hasta la fecha, nadie había descrito un mecanismo de transporte extracelular mediado por níquel. Existen casos donde el cobre o el hierro desempeñan este papel, pero es la primera vez que se descubre la implicación del níquel», relata Gomila.

Los investigadores desconocen si la presencia de níquel, en vez de otro metal, resulta más ventajosa para el transporte de electrones. Una electricidad que las bacterias del extremo del cable que se halla en presencia de oxígeno producen, mediante la respiración celular, y viaja a través del filamento proteico hasta alcanzar los microorganismos que habitan sedimentos donde este elemento es escaso. «Postulamos que los átomos de níquel permiten que los electrones salten de uno a otro mediante el efecto túnel. Este proceso se conoce como transporte por hopping, o saltos, y es común en las metaloproteínas», aclara el investigador.

Preguntado acerca de las aplicaciones del hallazgo, Gomila se muestra prudente, pues a corto plazo son difíciles de prever, pero se muestra optimista ante un futuro más lejano donde las bacterias cable permitan el desarrollo de la bioelectrónica.

Marta Pulido Salgado

Referencia: «Efficient long-range conduction in cable bacteria through nickel protein wires», de H. T. S. Boschker et al., en Nature Communications. 12:3996, publicado el 28 de junio de 2021.

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