Un microorganismo podría reducir el cambio climático

publicado el 30 Nov, 2016 Blog Microbiología

  El metano es un gas de gran relevancia tanto para científicos como para la sociedad en general, ya que tiene una gran influencia en el clima de nuestro planeta. El metano es uno de los gases de efecto invernadero más potente que existe, siendo una molécula de metano equivalente a 12 moléculas de dióxido de carbono. El balance entre la producción de metano y su consumo tiene un efecto importante en la concentración de este gas de efecto invernadero en nuestra atmósfera. Sin embargo, el ciclo del metano ha sido profundamente alterado por la actividad humana, ya que a raíz de esta se  han liberado grandes cantidades de este gas incrementando con creces el cambio climático. Las actividades humanas que más han contribuido a esta problemática son la ganadería, los cultivos de arroz, la gestión de los residuos y la quema de combustibles fósiles. Además,  se cree que aproximadamente un 16% del calentamiento global se debe al efecto del metano.

La oxidación anaeróbica del metano es un importante sumidero de metano que juega un papel importante en el calentamiento global. Es decir, la conversión de metano en dióxido de carbono, su asimilación en biomasa, o transformación en carbonatos. Estos procesos capturan metano de la atmósfera y reducen su concentración en ella, de forma que se reduce el efecto invernadero y, por ello, son procesos de gran importancia hoy en día. Estos procesos son realizados por los microorganismos que consumen metano, denominados metanotrofos, que son todavía muy poco conocidos. Además, el ciclo del metano no ocurre de forma aislada, sino que interactúa con los ciclos del hierro y del nitrógeno. Estos ciclos están acoplados unos con otros y son los microorganismos los encargados de mantener un delicado equilibrio entre ellos.

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Un equipo de microbiólogos y biogeoquímicos de la Universidad de Radboud y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen (Alemania) ha descubierto recientemente una arquea del orden Methanosarcinales que usa el hierro para convertir metano en dióxido de carbono (imagen 1). En este proceso, el hierro reducido estaría disponible para ser usado por otras bacterias. En consecuencia, la arquea inicia una cascada de energía involucrando los ciclos del hierro y del metano y, por ende, reduciendo las concentraciones de metano del aire (Ettwig et al. 2016). Las arqueas son microorganismos de otra rama de antiguos procariotas (carecen de núcleo) diferente de las bacterias, ya que tienen su propia historia evolutiva.

¡Y esta no sería la única utilidad de estas arqueas! Además pueden convertir nitrato en amonio, que es usado a su vez por las bacterias anammox y transformado en nitrógeno gas sin usar oxígeno. Este proceso es relevante para el tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, un biorreactor conteniendo estos microorganismos puede ser usado simultáneamente para convertir el amonio, metano y nitrógeno oxidado de aguas residuales en dióxido de carbono y nitrógeno gas, que tienen un potencial mucho menor de efecto invernadero (imagen 2). Este proceso puede resultar muy útil en los arrozales, por ejemplo, que producen el 20% de las emisiones de metano humanas. Por supuesto, este proceso no es aún perfecto, ya que el dióxido de carbono sigue siendo un gas de efecto invernadero, pero desde luego supone un importante avance.

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Aunque existían numerosas evidencias de la existencia de estas arqueas oxidadoras de metano dependientes de hierro, los investigadores no habían sido capaces de aislarlas hasta ahora. Esto es algo muy habitual y curioso en el campo de la microbiología. Los investigadores especializados en microbiología ambiental pueden predecir la existencia de especies basándose simplemente en la química: si existe una reacción químicamente favorable con moléculas que existen en la naturaleza, y se descubre que esa reacción se produce, entonces es fácil predecir que existirá un microorganismo que la lleve a cabo. Es habitual descubrir, primero, las reacciones y posteriormente descubrir el microorganismo que la lleva a cabo. El siguiente paso -como ha sido posible en este caso con esta arquea- consiste en aislar el microorganismo, es decir, ser capaz de cultivarlo en el laboratorio. Una vez se consigue esto, existen numerosas aplicaciones industriales para las que se pueden usar estos microorganismos.

Por último, este hallazgo puede aclarar cuestiones pendientes sobre la historia temprana de nuestro planeta. Millones de años atrás, las arqueas del orden Methanosarcinales se podrían haber desarrollado bajo la atmósfera rica en metano, en los océanos con concentraciones altas de hierro. Un estudio más detallado del metabolismo de este microorganismo puede arrojar luz en la discusión sobre el papel del metabolismo del hierro en las primeras etapas de la historia de la vida.

Bibliografía:
Ettwig, K. F., Zhu, B., Speth, D., Keltjens, J.T., Jetten, M.S.M.,Kartal B.:Archaea catalyze iron-dependent anaerobic oxidation of methane. PNAS 2016; publishedahead of printOctober 24, 2016.

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