Las bacterias magnéticas pueden ayudar a extraer metales pesados peligrosos de las aguas residuales
Depuradoras de filigrana
Un equipo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha conseguido purificar agua que contiene uranio utilizando un tipo especial de bacterias conocidas como bacterias magnetotácticas. El nombre deriva de su capacidad para reaccionar a los campos magnéticos. Pueden acumular metales pesados disueltos en sus paredes celulares. Los resultados de esta investigación también arrojan nueva luz sobre la interacción entre el uranio y los bioligandos.
Las bacterias magnetotácticas fijan uranio en su pared celular (esquema de la derecha). Esto puede utilizarse para purificar agua contaminada con uranio separando las bacterias cargadas con un imán (mostrado a la izquierda).
B. Schröder/HZDR
"Nuestros experimentos están orientados a posibles aplicaciones industriales en el campo de la remediación microbiológica del agua, especialmente cuando está contaminada con metales pesados del tipo que se encuentra en el agua de drenaje de las antiguas minas de uranio", explica la Dra. Evelyn Krawczyk-Bärsch, del Instituto de Ecología de Recursos del HZDR. "Para este proyecto buscamos la ayuda de un grupo muy especial de seres vivos: las bacterias magnetotácticas", añade su colega, el Dr. Johannes Raff, y prosigue: "Debido a su estructura, están positivamente predestinadas para tal tarea".
Porque presentan una característica que las diferencia de otras bacterias: las bacterias magnetotácticas forman cristales magnéticos nanoscópicos dentro de la célula. Están dispuestos como una hilera de cuentas y tan perfectamente formados que el ser humano sería actualmente incapaz de reproducirlos sintéticamente. Cada cristal magnético individual está incrustado en una membrana protectora. Juntos, los cristales y la membrana forman el llamado magnetosoma, que las bacterias utilizan para alinearse con el campo magnético terrestre y orientarse en su hábitat. También las hace aptas para procesos sencillos de separación.
Las bacterias magnetotácticas pueden encontrarse en casi cualquier medio acuoso, desde el agua dulce hasta el agua salada, incluidos entornos con muy pocos nutrientes. El microbiólogo Dr. Christopher Lefèvre las ha descubierto incluso en las aguas termales de Nevada. De él y de su colega, el Dr. Damien Faivre, de la Comisión francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA), obtuvieron los científicos de Rossendorf su cepa bacteriana, además de asesoramiento experto sobre la mejor forma de conservarlas, ya que, a pesar de ser bastante comunes, su cultivo requiere ciertos conocimientos especializados.
Recolectores estables de metales pesados en un entorno hostil
Las bacterias magnetotácticas pueden sobrevivir a valores de pH neutros, incluso en soluciones acuosas que contienen concentraciones elevadas de uranio. En un amplio intervalo de pH, fijan el uranio casi exclusivamente en sus paredes celulares, lo que constituye una base excelente para hacer frente a las condiciones que se dan en las aguas asociadas a la minería. Nada del uranio penetra en el interior de la célula en el proceso, ni es ligado por el magnetosoma.
Ya se sabía que diferentes tipos de bacterias podían unir metales pesados en sus paredes celulares a pesar de tener estructuras potencialmente muy diferentes. En el caso de las bacterias magnetotácticas, las paredes celulares están formadas por una capa de peptidoglicano, una macromolécula compuesta de azúcares y aminoácidos que es el principal componente de las paredes celulares de muchas bacterias, cuyo grosor es de sólo cuatro nanómetros. Las paredes celulares de las bacterias magnetotácticas están rodeadas por una membrana externa compuesta por azúcares y componentes similares a la grasa: posibles sitios de acoplamiento para el uranio.
"Nuestros resultados muestran que en las bacterias magnetotácticas el peptidoglicano desempeña el papel principal en la absorción del uranio. Este conocimiento es nuevo e inesperado en este tipo de bacterias", afirma Krawczyk-Bärsch. El equipo logró incluso identificar tres especies específicas de peptidoglicano de uranio y confirmar sus hallazgos con muestras de referencia. Estos nuevos conocimientos sólo fueron posibles gracias a una combinación de microscopía y diversas técnicas espectroscópicas, una combinación que raramente se encuentra en ningún otro lugar del mundo. "Gracias a la cooperación con el Instituto de Física de Haz de Iones e Investigación de Materiales de la HZDR, por ejemplo, pudimos utilizar el microscopio electrónico. La proximidad de nuestros institutos y la experiencia de nuestros colegas son una gran ventaja para nuestro trabajo", resume Raff.
Importancia para purificar el agua contaminada
Gracias a sus propiedades magnéticas, las bacterias magnetotácticas pueden separarse fácilmente del agua utilizando imanes. "Es concebible que esto pueda hacerse a gran escala llevando a cabo el tratamiento directamente en el agua superficial o bombeando agua de minas subterráneas y dirigiéndola a plantas piloto de tratamiento", explica Krawczyk-Bärsch con la vista puesta en el desarrollo de estrategias innovadoras de purificación de aguas contaminadas. El uso de bacterias magnetotácticas podría ser una alternativa eficaz a los costosos tratamientos químicos convencionales, porque las bacterias magnetotácticas son poco exigentes en cuanto a mantenimiento; en cambio, la aplicación de otras soluciones basadas en la biomasa suele fracasar debido a los costes que supone el aumento de las necesidades de nutrientes y energía.
Y otro detalle ha despertado el interés de los investigadores por estas bacterias: sus proteínas pueden estabilizar el hierro divalente y trivalente para que pueda sintetizarse la magnetita almacenada en los magnetosomas. "Así que, en realidad, nos estamos preguntando cómo interactúan estos microorganismos con radionucleidos en diversos estados de oxidación. En concreto, pensamos en el plutonio", explica Raff. Esto se debe a que, a diferencia del uranio, es concebible que su similitud química con el hierro signifique que utiliza otras vías para entrar en la célula. ¿Cómo influye esto en el comportamiento migratorio del plutonio en la naturaleza, y podría ser también una forma de eliminar el plutonio de las aguas residuales? Así pues, el tema también es relevante para la investigación de los depósitos: cualquier resultado podría incorporarse entonces a la evaluación de la seguridad.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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