Bacterias de cable son filamentosos bacterias que conducen la electricidad a través de distancias más de 1 cm de sedimentos y acuíferos subterráneos. [1] [2] Las bacterias del cable permiten el transporte de electrones a larga distancia, lo que conecta a los donantes de electrones con los aceptores de electrones, conectando reacciones de oxidación y reducción previamente separadas. [3] Las bacterias del cable acoplan la reducción de oxígeno [2] o nitrato [4] en la superficie del sedimento a la oxidación del sulfuro [2] en las capas de sedimento anóxicas más profundas.
Descubrimiento
La conductancia eléctrica a larga distancia en sedimentos se observó por primera vez en 2010 como una separación espacial de la oxidación de sulfuros y la reducción de oxígeno en sedimentos marinos que se interrumpió y restableció a un ritmo más rápido de lo que podría explicarse por difusión química. [1] Más tarde se descubrió que esta conductancia eléctrica podía observarse a través de una capa no conductora de microesferas de vidrio, donde las únicas estructuras conductoras posibles eran bacterias filamentosas pertenecientes a la familia Desulfobulbaceae . [2] La conductividad de los filamentos vivos individuales se demostró más tarde mediante la observación del estado de oxidación de los citocromos mediante microscopía Raman . [5] El mismo fenómeno se observó más tarde en sedimentos de agua dulce [6] y acuíferos subterráneos. [7] Dentro de una capa superior de sedimento de 15 cm de espesor, se han observado densidades de bacterias en los cables que proporcionan una longitud total de hasta 2 km por centímetro cuadrado de superficie. [8]
Morfología
Los filamentos de las bacterias del cable tienen un diámetro de 0,4 a 1,7 µm y una longitud de hasta 15 mm. [8] Los filamentos consisten en células en forma de bastón con una longitud promedio de 3 µm. Los filamentos son cadenas largas compuestas por celdas apiladas juntas, y pueden tener una longitud de 30 a 70 mm. Algunos filamentos están compuestos por más de 10.000 células. [9] Cada celda tiene entre 15 y 54 crestas, y las crestas abarcan toda la longitud del filamento. [2] [10] Se supone que estas crestas contienen las estructuras conductoras de las células. [2] [11]
Uniones
Las células de un filamento están conectadas por uniones. [12] El diámetro de las uniones entre las celdas en el filamento varía desde ser más pequeño que el diámetro de la celda, el mismo diámetro que las celdas a cada lado de la unión, o abultarse para volverse más ancho que el diámetro de la celda. [12] Las uniones pueden soportar más fuerza sin romperse que las propias células. [12] Las celdas en lados opuestos de cada unión están separadas; si una celda explota, la celda del otro lado de la unión permanecerá intacta. [12]
Instrumentos de cuerda
Las bacterias del cable contienen estructuras conocidas como cuerdas. [12] Las cuerdas están ubicadas dentro de las crestas de la membrana externa y conectan una celda a la siguiente. [12] Las cuerdas se extienden a lo largo de todo el filamento de forma ininterrumpida. [12] El ancho de las cuerdas es de aproximadamente 20-40 nm. [12] El tamaño y la función de una cuerda es similar a la de un microtúbulo . [12] Se cree que las cuerdas sirven como base estructural para los filamentos y juegan un papel clave en el mantenimiento de la forma de los filamentos, especialmente durante el crecimiento. [12]
Distribución
Las bacterias del cable se encuentran generalmente en sedimentos reducidos. [13] Pueden estar presentes como un solo filamento o como una aglomeración de filamentos. [13] Se ha identificado que las bacterias del cable están entrelazadas con los pelos de las raíces de las plantas acuáticas y están presentes en la rizosfera. [13] Su distribución varía en un gradiente de salinidades; están presentes en lagos de agua dulce, salada y en hábitats marinos. [14] [15] Se han identificado bacterias del cable en una amplia gama de condiciones climáticas en todo el mundo, [16] incluidos Dinamarca , [2] [6] los Países Bajos , [11] Japón , [17] Australia , [18] y el Estados Unidos . [19]
Motilidad
Las bacterias del cable carecen de flagelos, pero son capaces de moverse en forma de deslizamiento [20] impulsándose hacia adelante a través de la excreción de sustancias. [21] Se ha observado que las bacterias del cable se mueven tan rápido como 2,2 µm / s, con una velocidad media de 0,5 µm / s. [20] La velocidad de la motilidad en las bacterias del cable no está relacionada con el tamaño de las bacterias. [20] La distancia promedio que se desliza una bacteria cableada es de aproximadamente 74 µm sin interrupción. [20] Los filamentos de las bacterias del cable tienden a doblarse por la mitad y su movimiento es dirigido por el vértice de la curva en lugar de hacerlo con una punta del filamento. [20] La torsión para moverse a través del deslizamiento rotacional es rara, pero ocurre. [20] Las bacterias cable probablemente participan en la quimiotaxis de oxígeno , ya que se observa que se mueven cuando están en ambientes anóxicos o hipóxicos, y dejan de deslizarse cuando se hace contacto con el oxígeno. [20] Aunque la motilidad es importante para otros microorganismos, una vez que las bacterias del cable se encuentran en un lugar que conecta el oxígeno con el sulfuro, ya no necesitan moverse. [20] La menor necesidad de motilidad podría explicar por qué el genoma de la bacteria cable contiene menos operones relacionados con la quimiotaxis que otras Desulfobulbaceae . [21] Menos operones relacionados con la quimiotaxis dan como resultado una motilidad limitada. [21]
Taxonomía
Los dos géneros candidatos de bacterias del cable descritos hasta ahora: Electrothrix que contiene cuatro especies candidatas, que se encuentran en sedimentos marinos o salobres, y Electronema que contiene dos especies candidatas, que se encuentran en sedimentos de agua dulce, parecen ser un grupo monofilético. [17] Se ha descubierto que las bacterias del cable marino y de agua dulce son un 88% similares según las comparaciones del ARN ribosómico 16S . [9] Estos géneros se clasifican dentro de la familia Desulfobulbaceae . Según el último análisis de ancestros comunes , las bacterias del cable probablemente descienden de Deltaproteobacteria , Gammaproteobacteria , Chromatiales y Thiotrichales . [21] Las bacterias del cable se definen por su función más que por su filogenia, y es posible que se descubran más taxones de bacterias del cable.
Importancia ecológica
Las bacterias del cable influyen fuertemente en las propiedades geoquímicas del entorno circundante. Su actividad promueve la oxidación del hierro en la superficie del sedimento, y los óxidos de hierro resultantes unen compuestos que contienen fósforo [22] y sulfuro de hidrógeno [23], lo que limita la cantidad de fósforo y sulfuro de hidrógeno en el agua. El fósforo puede causar eutrofización y el sulfuro de hidrógeno puede ser tóxico para la vida marina, lo que significa que las bacterias del cable juegan un papel importante en el mantenimiento de los ecosistemas marinos en las áreas costeras.
Emisiones de metano
La presencia de bacterias en los cables puede provocar una disminución de las emisiones de metano de los suelos saturados. La transferencia de electrones a través de las bacterias del cable permite que la reducción de sulfato que se produce en suelos inundados se equilibre con la oxidación del sulfato. La oxidación es posible debido a la liberación de electrones a través de los filamentos de bacterias del cable. A través de este equilibrio, el sulfato permanece disponible para las bacterias reductoras de sulfato , que compiten con los metanógenos. Esto provoca una disminución en la producción de metano por los metanógenos. [24]
Aplicaciones prácticas
Las bacterias del cable se han asociado con las pilas de combustible microbianas bentónicas , dispositivos que convierten la energía química del fondo del océano en energía eléctrica. [25] En el futuro, las bacterias del cable pueden desempeñar un papel en el aumento de la eficiencia de las pilas de combustible microbianas desplegadas en entornos sedimentarios. También se han encontrado bacterias de cable asociadas con un sistema bioelectroquímico que mejora la degradación de sedimentos marinos contaminados por hidrocarburos [26] y, por lo tanto, pueden desempeñar un papel en las tecnologías futuras de limpieza de derrames de petróleo .
Ver también
- Electrónica biodegradable
Referencias
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enlaces externos
- Medios relacionados con las bacterias del cable en Wikimedia Commons