El sulfato de determinadas bacterias reductoras pueden convertir las formas tóxicas de metales radiactivos a sustancias inertes, alterando la solubilidad de los metales pesados. Por ejemplo, estas bacterias pueden convertir el uranio radiactivo a la uraninita casi insolubles de forma natural. Aunque la radiactividad de las sustancias no se elimina, los metales no serán absorbidos químicamente por los organismos vivos.
Estas bacterias pueden limpiar las minas de uranio abandonadas, los residuos industriales llenos de metales pesados y tanques de almacenamiento donde los materiales radiactivos han sido estibados. También podrían ser capaces de limpiar el agua de contaminantes y actuar en más de 7.000 situaciones de contaminación por metales pesados, pero hay un pequeño detalle; las bacterias sólo viven en niveles muy específicos de oxígeno y temperatura, haciendo que su uso sea de momento muy laborioso.
Filamentos eléctricos de bacterias eliminan el uranio radiactivo del agua
Los filamentos pili permiten a la bacteria (naranja) precipitar el uranio al tiempo que lo mantienen alejado de la célula. Imagen: Dena Cologgi & Gemma Reguera, Michigan State University
Filamentos como pelos llamados pili permiten a algunas bacterias extraer el uranio del agua subterránea contaminada. El descubrimiento podría ayudar en el desarrollo de las tecnologías de limpieza de la radiactividad.
Algunas bacterias, como una especie llamada Geobacter sulfurreducens, se conocen porque obtienen su energía a partir de la reducción – o la adición de electrones – a metales del medio ambiente. Cuando el uranio disuelto en el agua subterránea se reduce de esta manera, el metal se vuelve mucho menos soluble, minimizando la propagación de la contaminación radiactiva.
Los investigadores han estado tratando de averiguar cómo funciona el proceso. Se sospecha que los pili podrían ser la respuesta, pero debido a que las G. sulfurreducens producen pili sólo en ciertos ambientes, el proceso resulta difícil de estudiar.
La clave para este descubrimiento estaba en conseguir que la Geobacter hiciera pili en condiciones de laboratorio, por ejemplo mediante la disminución de la temperatura. “Las condiciones de cultivo estándar para la Geobacter son como un hotel de cinco estrellas“, dice Gemma Reguera de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing, quien dirigió la investigación. “Tuvimos que hacerles la vida un poco más dura“.
Reguera y su equipo fueron capaces de demostrar que los pili aumentan considerablemente la cantidad de uranio que la G. sulfurreducens es capaz de eliminar. Sin los pili, la bacteria reduce el uranio dentro de la envoltura celular, pero esto envenena las células en el proceso. Cuando los pili están presentes, sin embargo, la mayoría de la precipitación ocurre alrededor de los pili, fuera de la célula. Esto proporciona una mayor superficie para la transferencia de electrones, dicen los investigadores, al tiempo que mantienen el uranio radiactivo a una distancia segura.
Una historia electrizante
“Con este trabajo se atan un montón de cabos“, dijo Derek Lovley, microbiólogo de la Universidad de Massachusetts Amherst, y ex-supervisor del post-doctorado de Reguera.
A principios de este año, Lovley publicó un artículo en la revista Nature Nanotecnología que muestran que los pili de la bacteria G. sulfurreducens son una especie de “nanocables”, ya que conducen la electricidad. Los pili ayudan a potenciar la bacteria transfiriendo los electrones producidos durante el metabolismo de la célula a receptores externos, tales como el hierro. El hecho es que los pili también puede reducir un metal como el uranio “es una prueba más de la transferencia a gran escala de electrones a través de los pili“, dice.
Esta investigación debe ayudar a mejorar la bio-reparación – el uso de organismos biológicos para eliminar los contaminantes del suelo y del agua – así como la limpieza de muchos sitios contaminados por el procesamiento de uranio durante la guerra fría. “Los métodos actuales para estimular el crecimiento de estas bacterias en el medio ambiente son bastante toscos y experimentales“, dice Lovley. “Este nuevo mecanismo nos permitirá pronosticar mejor cómo el uranio puede ser reducido“.
Reguera está muy entusiasmada con la posibilidad de “alejarse de las bacterias” y construir dispositivos artificiales basados en nanocables. “Esto nos permitiría trabajar en lugares donde las bacterias no pueden vivir“, dice ella, como la planta nuclear Fukushima en Japón, que fue devastada por un tsunami a principios de este año.
El uranio no es el principal radioisótopo liberado en Fukushima, pero Reguera ve potencial para ampliar el alcance de los pili de la Geobacter. En teoría, dice, que podría ayudar a precipitar los isótopos radiactivos de otros elementos, tales como el tecnecio, el plutonio y el cobalto. Reguera también prevé una mejora y afinamiento de las propiedades de los pili: “Debido a que estos nanofilamentos están hechos de proteínas, se pueden añadir fácilmente diferentes grupos funcionales“.
Yuri Gorby microbiólogo de la Universidad del Sur de California en Los Angeles es optimista sobre este campo emergente al cual se refiere como “electromicrobiología“. Señala que otros microbios, como las cianobacterias fotosintéticas y los metanógenos termófilos, también producen nanocables conductores. “Yo creo que sólo hemos empezado a rascar la superficie“.
Fuentes: Scientific American y fierasdelaingenieria
