Microorganismos reductores de metales Resumen

Microorganismos reductores de metales

I.B.Q Alan Jacob Cornejo Martell

Centro De Investigación Y Desarrollo Tecnológico En Electroquímica

Resumen

Los microorganismos son seres microscópicos que se encuentran en casi todos lados, estos tienen un rol importante en la forma en que se distribuyen los metales, puesto que han adoptado una forma de respiración celular en la cual utilizan el metal como aceptor final de electrones. De los microorganismos más estudiados son Geobacter y Shewanella, por lo que se considera como las reductoras de metales modelo, pero hay más microorganismos reductores de metales de los que se han aislados se encuentran especies en filos como Proteobacteria, Firmicutes (endobacterias), Acidobacteria. Los microorganismos reductores de metales pueden transferir sus electrones producidos en su metabolismo a través de la membrana celular a un metal externo, este mecanismo se le conoce como transferencia extracelular de electrones, este se puede categorizar en dos tipos transferencia directa y transferencia indirecta de electrones, en el primero los microorganismos están en contacto con los metales, mientras que en el segundo los microorganismos mediante mediadores redox pueden transferir sus electrones de la membrana celular al metal. De los usos que se le pueden dar a estos microorganismos se encuentra la recuperación de metales a partir de aguas residuales.

Palabras clave: Microorganismo, Reducción metálica, Transferencia de electrones

Abstract

Microorganisms are microscopic creatures that are found on almost all sides, these have an important role in the way the metals are distributed which have adopted a form of cellular respiration in which used the metal as a final electron acceptor. The most studied organisms are Geobacter and Shewanella, so it is considered as the reducing metal model, but there are more-reducing microorganisms of metals that have been isolated species are found in edges as Proteobacteria, Firmicutes (endobacterias), Acidobacteria. Metal reduction microorganisms can transfer their electrons produced in their metabolism through the cell membrane to an external metal, this mechanism is known as extracellular electron transfer, this can be categorized into two types transfer direct and indirect transfer of electrons, the first microorganisms are in contact with metals, while in the second the microorganisms using redox mediators can be transferred its electrons from the cell membrane to metal. Applications that can be given to these microorganisms is the recovery of metals from waste water.

Key words: Microorganism, metallic reduction, electron transfer

Introducción

Los microorganismos se encuentran en casi todos los ambientes e intervienen en varios procesos biológicos. El crecimiento microbiano requiere la formación de estructuras complejas como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos a partir de elementos preformados en el medio de crecimiento o ser sintetizados por la propia célula. A su vez, este crecimiento necesita de una fuente de energía para ser llevado a cabo. Todo este proceso se designa con el nombre de metabolismo, que se define como todas las transformaciones químicas que ocurren en una célula (Madigan, et al., 2009).

Un ambiente característico para ciertos microorganismos son las biopelículas. Una biopelícula se puede definir como microorganismos incorporados en una matriz polimérica compleja, de producción propia, unida a superficie biótica o abiótica. Las biopelículas pueden estar formadas por una especie individual (biopelícula-cultivo puro) o por múltiples especies (biopelícula-cultivo mixto, microbiomas) (Kumar, et al., 2015). Así, los microbiomas se pueden definir como las comunidades de microorganismos naturalmente agrupadas para un fin determinado. Estos se componen de múltiples especies individuales, que viven en mutualismo, interconectadas y con un alto nivel de organización funcional (Koch, et al., 2014).

Los microorganismos desempeñan un papel importante en la distribución y circulación de los metales en la naturaleza, las interacciones entre microbios y metales incluyen principalmente dos procesos, el primero de ellos es la asimilación del metal en materiales celulares como cofactores enzimáticos y el otro es d los microorganismos utilizan los metales para completar su respiración celular. (Holden, et al., 2003)

En los últimos años se ha creado una nueva rama dentro de la bioelectroquímica (estudio de los procesos electroquímicos que tienen lugar en los ciclos bioquímicos), llamada electroquímica microbiana (electromicrobiología) que es el estudio y la aplicación de la interacción entre microorganismos y conductores de electrones. Estos conductores comprenden electrodos físicos (por ejemplo, aquellos hechos de grafito o de metales) y por otro lado materiales conductores de origen natural tales como óxidos metálicos tales como Fe(III) (Schröder, et al., 2015).

1 Microorganismos reductores de metales

La reducción metálica microbiana es un proceso respiratorio en el que el microorganismo reduce un compuesto metálico extracelular para generar energía para su metabolismo, crecimiento y reproducción del microorganismo. Los microorganismos reductores de metales (MRM) conservan la energía por la oxidación de los ácidos orgánicos/H2 junto a la reducción de una fase sólida como aceptor terminal de electrones. Esta estrategia de crecimiento por transferencia de electrones en MRM se ha denominado como “respiración extracelular” (Fu F., et al., 2011). Gran parte de los trabajos hacia la comprensión de la reducción metálica microbiana a girado en torno a Geobacter y Shewanella, por lo que se considera como las reductoras de metales modelo (Esther, et al., 2014).

Geobacter spp. (Deltaproteobacteria, familia Geobacteracea, Gram-negativa), fue aislada en 1987 en el sedimento de agua dulce del río Potomac en Washington D.C, por el Dr. Derek Lovley. Geobacter tiene la capacidad de transferir electrones a moléculas como el Fe (III) y Mn (IV), óxidos de nitrógeno, sustancias de alto peso molecular formadas por la degradación química y biológica de restos de plantas y de animales. Además permite la transferencia de electrones de forma directa a los electrodos, generando pequeñas corrientes eléctricas (Romero M, et al., 2012).

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