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» » » Las tierras raras en las bacterias

por Dr. Thomas Barends, 30 de octubre 2013

El metano que descomponen las bacterias de las aguas termales tienen los metales valiosos para producir energía.


Las tierras raras se encuentran entre las materias primas más valiosas de todas. Estos metales se utilizan en teléfonos móviles, pantallas y ordenadores. Y aparentemente también son indispensables para algunos organismos. Un equipo de investigadores, entre ellos científicos del Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg, ha descubierto una bacteria que necesita tierras raras para crecer en una fuente termal. La Methylacidiphilum fumariolicum requiere lantano, cerio, praseodimio o neodimio como cofactor para la enzima deshidrogenasa metanol, con la que los microbios producen su energía. El uso de las tierras raras está posiblemente más extendida entre las bacterias de lo que se pensaba.

En realidad, los 17 metales que pertenecen al grupo de las tierras raras no son raros en absoluto. La corteza terrestre contiene más grandes cantidades de tierras raras que de oro o platino, por ejemplo. El problema es que los elementos tienen una distribución relativamente uniforme, así que la minería resulta económica sólo en unos pocos lugares.

En los organismos vivos, las tierras raras son realmente raras. Debido a que practicamente no se disuelven en el agua, la mayoría de los organismos no pueden utilizarlas para su metabolismo. Esto hace más sorprendente su descubrimiento en un mudpot de origen volcánico del cráter Solfatara en Italia. Los microbiólogos de la Universidad Radboud en Nijmegen, Países Bajos, han encontrado un microbio que no puede sobrevivir sin alguna de las tierras raras. La Methylacidiphilum fumariolicum pertenece a un grupo de bacterias que han elegido un hábitat extremadamente inhóspito: Prosperan mejor con un valor de pH entre 2 y 5, y temperaturas entre 50 y 60 centígrados, condiciones que son letales para otros organismos. La Methylacidiphilum tolera incluso valores de pH por debajo de 1, lo cual corresponde al ácido sulfúrico concentrado.

Estos microbios producen su energía a partir de metano. Tienen una enzima especial, metanol deshidrogenasa, que procesa el metanol producido en la descomposición de metano con la ayuda de co-factores de metal. La mayoría de estas bacterias utilizan el calcio para este proceso.

En el curso de sus investigaciones, los investigadores de Nijmegen notaron que la Methylacidiphilum prospera sólo con agua original del mudpot. Ninguna de las otras trazas de elementos que los investigadores añadieron a las placas de Petri alentó a las bacterias a crecer. Un análisis del agua mostró que contenía concentraciones de tierras raras que llegaban de cien hasta un mil veces mayor de lo normal.

Thomas Barends y Andreas Dietl, del Instituto Max Planck para la Investigación Médica investigaron la estructura tridimensional de la deshidrogenasa de metanol, y observaron que la Methylacidiphilum fumariolicum no tenía calcio, sino un átomo de un metal diferente en su deshidrogenasa metanol.

"De repente, todo encajaba", explica Thomas Barends . "Hemos podido demostrar que este átomo misterioso debe ser una tierra rara. Es la primera vez que se han encontrado tierras raras manteniendo una función biológica de estas características. "La Methylacidiphilum utiliza tierras raras como el lantano, cerio, praseodimio y neodimio en su deshidrogenasa metanol, en lugar del calcio. La bacteria lp necesita para producir energía a partir del metano.

Las tierras raras tienen un radio iónico ligeramente más grande que el calcio, pero aún así pueden sustituirlo como un co-factor de enzimas. "Los aminoácidos individuales han sido intercambiados en la cadena de aminoácidos de la deshidrogenasa de metanol de la bacteria. Esto crea más espacio para los metales", dice Barends. Además, la Methylacidiphilum digiere una mayor cantidad de tierras raras de lo que necesita para sobrevivir. Por lo tanto, es posible que almacene estos metales en las células.

Del análisis del genoma y el proteoma sugieren que, la versión de la Methylacidiphilum de la deshidrogenasa de metanol está muy extendida entre las bacterias de las aguas costeras. También han descubierto que la superficie de las hojas de las plantas viene equipada con esta explotación del metano de las bacterias. Las plantas pueden enriquecer las tierras raras y así garantizar el suministro para las bacterias. "Estas bacterias están posiblemente presentes en cualquier lugar que haya una oferta suficiente de arena, y la arena es una fuente casi inagotable de tierras raras", señala Barends.


- Imagen: La deshidrogenasa metanol de la bacteria Methylacidiphilum fumariolicum, utiliza el metal de tierras raras, como es el cerio (Ce) como co-factor enzimático. © MPI f. Medical Research/Barends
http://www.mpg.de/7591154/zoom.jpg

- Fuente: Instituto Max Planck para la Investigación Médica, Heidelberg
- Publicación: Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots, Arjan Pol, Thomas R. M. Barends, Andreas Dietl, Ahmad F. Khadem, Jelle Eygensteyn, Mike S. M. Jetten, and Huub J. M. Op den Camp, Environmental Microbiology, October 2013, doi:10.1111/1462-2920.12249.
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