Los investigadores cultivan arqueas que descomponen el petróleo de formas novedosas
Cómo los microorganismos de las profundidades marinas hacen inofensivo el petróleo crudo
El fondo marino alberga alrededor de un tercio de todos los microorganismos de la Tierra y está habitado incluso a varios kilómetros de profundidad. Sólo cuando hace demasiado calor parece disminuir la abundancia de microorganismos. Pero, ¿cómo y de qué viven los microorganismos de los fondos marinos? ¿Cómo funcionan sus ciclos metabólicos y cómo interactúan los distintos miembros de estas comunidades enterradas? Investigadores del MARUM - Centro de Ciencias del Medio Marino de la Universidad de Bremen y del Instituto Max Planck de microbiología Marina de Bremen han logrado demostrar en cultivos de laboratorio cómo un grupo de microorganismos llamados arqueas descomponen los pequeños componentes líquidos del petróleo crudo mediante un nuevo mecanismo. Sus resultados se publican ahora en la revista especializada Nature Microbiology.
En el punto de mira del sumergible de aguas profundas estadounidense ALVIN, puede verse un pequeño macizo de fumarolas de color marrón rojizo en el fondo marino de la cuenca de Guaymas. Esta formación está rodeada de abundantes sedimentos ricos en petróleo calentados hidrotermalmente y cubiertos por tapetes bacterianos blancos y anaranjados. El núcleo del que se originó la arquea Candidatus Alkanophaga fue recogido por el equipo del sumergible tripulado de aguas profundas.
Woods Hole Oceanographic Institution
La comunidad microbiana se cultivó en una variedad de alcanos líquidos, aquí un cultivo de hexano. Se puede observar una capa de aceite en la superficie.
Hanna Zehnle
Las comunidades microbianas son especialmente activas cerca de filtraciones hidrotermales como las de la cuenca de Guaymas, en el Golfo de California. El equipo de investigadores lleva muchos años trabajando para comprender estas comunidades. El material orgánico depositado en la cuenca de Guaymas se cuece mediante fuentes de calor procedentes del interior de la Tierra, que lo descomponen en petróleo crudo y gas natural. Sus componentes constituyen la principal fuente de energía para los microorganismos en un entorno por lo demás hostil. En su último estudio, los investigadores han demostrado que las arqueas utilizan un mecanismo desconocido hasta ahora para degradar los alcanos líquidos del petróleo a altas temperaturas sin la presencia de oxígeno.
Los alcanos son compuestos muy estables de carbono e hidrógeno. Son componentes naturales del gas natural y el petróleo crudo. Este último es refinado por el ser humano en combustibles como la gasolina y el queroseno. En repetidas ocasiones se producen catástrofes medioambientales debido a accidentes durante la extracción de crudo. Un ejemplo paradigmático fue el accidente de la plataforma de perforación Deepwater Horizon, que causó graves daños medioambientales en el Golfo de México debido a los efectos tóxicos de compuestos del crudo como los alcanos líquidos. En presencia de oxígeno, los microorganismos pueden descomponer rápidamente muchos componentes del crudo, entre otros los alcanos. Sin el oxígeno reactivo, sin embargo, la degradación es considerablemente más difícil. Los organismos que pueden realizar esta tarea no han sido objeto de una investigación exhaustiva. En los últimos años, sin embargo, se han encontrado pruebas de que las arqueas son capaces de emplear un mecanismo sorprendente para hacerlo. Se basa en variantes recién descubiertas de la enzima clave de la metanogénesis y la degradación anaeróbica del metano, la metil-coenzima M reductasa (MCR). Los genes que codifican estas enzimas se han encontrado en muchas muestras medioambientales. Sin embargo, aún faltaban cultivos de laboratorio de los microbios que pudieran ilustrar la función de estas enzimas. Aquí es donde cobra importancia el estudio de laboratorio de Hanna Zehnle y sus colegas.
El equipo utilizó sedimentos de la cuenca de Guaymas, situada a 2.000 metros de profundidad en el Golfo de California. Las condiciones geológicas especiales que se dan aquí incluyen altas temperaturas, componentes líquidos del crudo y un entorno anaeróbico a poca profundidad de los sedimentos, todo lo cual normalmente sólo se encuentra en yacimientos petrolíferos profundos de difícil acceso para los científicos.
En los laboratorios de Bremen, los investigadores prepararon cultivos con alcanos líquidos y los dejaron crecer de forma anaeróbica, es decir, sin oxígeno, a altas temperaturas (70 grados centígrados). "Al cabo de un tiempo", explica la primera autora, Hanna Zehnle, "se forma sulfuro en los cultivos. Esto demuestra que están activos". La composición de los cultivos se estudia con muestras de ADN y ARN. "Con este método podemos averiguar qué organismos viven en este sistema y qué vías metabólicas utilizan", explica Zehnle. Éstas incluyen las reacciones químicas en las que se metabolizan las sustancias. En los cultivos encontraron arqueas del género Candidatus Alkanophaga . Estas arqueas utilizan variantes del MCR para descomponer los alcanos. Los investigadores lo verificaron mediante datos del transcriptoma, la medición de los productos enzimáticos y demostrando la inactividad de los cultivos cuando se inhibía la enzima. Pero los organismos no son capaces de degradar el crudo por sí solos. La respiración, en forma de reducción de sulfato en este caso (porque no hay oxígeno), la llevan a cabo bacterias del género Thermodesulfobacterium, que forman densos consorcios con las arqueas.
La metanogénesis es uno de los procesos metabólicos más antiguos que se conocen y forma parte del ciclo global del carbono. El estudio de laboratorio de Hanna Zehnle y sus colegas demuestra que las enzimas implicadas en este proceso también pueden utilizar hidrocarburos líquidos (y, por tanto, tóxicos), lo que pone de relieve la relevancia de esta vía para el ciclo global del carbono.
"Gracias a sus capacidades recién descubiertas, Alkanophaga y sus parientes se dirigen a los hidrocarburos de los yacimientos de petróleo. El petróleo restante se vuelve cada vez más sólido y, por tanto, tiende a permanecer en el lecho marino", explica el autor correspondiente, Gunter Wegener. "Todavía no hemos podido investigar ningún yacimiento de petróleo profundo, pero las arqueas molestan sin duda a la industria petrolera con su actividad. Pero también contribuyen de forma importante a que las filtraciones naturales de petróleo sean escasas."
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.
Publicación original
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
