Un par de documentos de un laboratorio de geociencia de la UW-Madison arrojan luz sobre un curioso grupo de bacterias que usan hierro de la misma manera que los animales usan oxígeno: para absorber electrones durante las reacciones bioquímicas. Cuando los organismos, ya sean bacterias o animales- oxidar los carbohidratos, los electrones deben ir a algún lado.
Los estudios pueden arrojar algo de luz sobre la pregunta perenne de cómo surgió la vida, pero también tienen aplicaciones un poco más prácticas en la búsqueda de vida en el espacio, dice el autor principal Eric Roden, profesor de geociencia en UW-Madison.
Los animales usan oxígeno y lo "reducen" para producir agua, pero algunas bacterias usan hierro que es deficiente en electrones, reduciéndolo a una forma más rica en electrones del elemento. Irónicamente, las formas de hierro ricas en electrones también pueden suministrar electronesen la reacción opuesta de "oxidación", en la que las bacterias literalmente "comen" el hierro para obtener energía.
El hierro es el cuarto elemento más abundante en el planeta, y debido a que el oxígeno libre es escaso bajo el agua y bajo tierra, las bacterias han "ideado" o evolucionado, una solución diferente: mover electrones al hierro mientras metabolizan la materia orgánica.
Estas bacterias "comen materia orgánica como nosotros", dice Roden. "Pasamos electrones de la materia orgánica al oxígeno. Algunas de estas bacterias usan óxido de hierro como su receptor de electrones. Por otro lado, algunos otros microbios reciben electrones donados porotros compuestos de hierro. En ambos casos, la transferencia de electrones es esencial para sus ciclos de energía ".
Ya sea que la reacción sea oxidación o reducción, la capacidad de mover un electrón es esencial para que las bacterias procesen energía para impulsar su estilo de vida.
Roden ha pasado décadas estudiando las bacterias que metabolizan el hierro. "Me concentro en las actividades y el procesamiento químico de los microorganismos en los sistemas naturales", dice. "Recolectamos material del medio ambiente, lo llevamos al laboratorio y estudiamos el metabolismoa través de una serie de mediciones geoquímicas y microbiológicas "
Los estudios actuales se centran en muestras de bacterias de las aguas termales de Chocolate Pot, una fuente geotérmica relativamente fría en el Parque Nacional de Yellowstone que recibe su nombre por el color oscuro y marrón rojizo del óxido férrico. Los estudios relacionados tratan de un cultivo obtenido de mucho menosentorno propicio: una zanja en Alemania. Ambos estudios están en línea, en Microbiología Aplicada y Ambiental y en Geobiología .
Durante los estudios, Roden y el estudiante de doctorado Nathan Fortney y el científico investigador Shaomei exploró cómo los organismos cultivados cambiaron el estado de oxidación, la cantidad de electrones, en los compuestos de hierro. También utilizaron un instrumento avanzado de secuenciación del genoma en elUW-Madison Biotechnology Center para identificar cadenas de ADN en los genomas.
"Más del 99 por ciento de la diversidad microbiana no se puede obtener en cultivo puro", dice He, lo que significa que no se pueden cultivar como una sola cepa para el análisis. "En lugar de pasar por el largo, laborioso y a menudo infructuoso proceso de aislamiento de cepas,aplicamos herramientas genómicas para comprender cómo los organismos estaban haciendo lo que estaban haciendo en comunidades mixtas "
Los investigadores encontraron algunas bacterias desconocidas capaces de metabolizar el hierro, y también obtuvieron datos genéticos sobre una capacidad única que algunos de ellos tienen: la capacidad de transportar electrones en ambas direcciones a través de la membrana externa de la célula ". Las bacterias no solo han desarrollado un metabolismoeso abre nichos para usar el hierro como energía ", dice He," pero estos nuevos mecanismos de transporte de electrones les dan una forma de usar formas de hierro que no pueden introducirse dentro de la célula ".
"Estos son estudios fundamentales, pero estas transformaciones químicas están en el corazón de todo tipo de sistemas ambientales, relacionados con el suelo, sedimentos, aguas subterráneas y aguas residuales", dice Roden. "Por ejemplo, el Departamento de Energía está interesado en encontraruna forma de obtener energía de la materia orgánica a través de la actividad de las bacterias que metabolizan el hierro ". Estas bacterias también son críticas para el proceso de dar vida a las rocas en el suelo".
Roden dice que las bacterias que metabolizan el hierro se conocen desde hace un siglo y en realidad se descubrieron en las aguas subterráneas del área de Madison. "Los geólogos vieron organismos que formaron estas estructuras únicas que eran visibles bajo el microscopio óptico. Formaron tallos o vainas, yresultó que estaban acostumbrados a mover hierro "
Roden y Él son geobiólogos, interesados en cómo los microbios afectan la geología, pero la importancia de los microbios en la evolución de la Tierra solo ahora se está apreciando completamente, dice Roden.: "¿Quiénes son estas personas de la geología y de qué están hablando?" Pero nos quedamos con eso, y se convirtió en una colaboración genial que nos ha permitido aplicar sus excelentes herramientas que se aplican más típicamente a los biomédicos y microbianos relacionados.cuestiones."
Algunas de las bacterias que metabolizan el hierro aparecen bastante temprano en el árbol de la vida, lo que hace que los estudios sean relevantes para descubrir los orígenes de la vida, pero los hallazgos también tienen implicaciones en la búsqueda de vida en el espacio, dice Roden. "Nuestro apoyo llegadel instituto de astrobiología de la NASA en UW-Madison. Es posible que en un planeta rocoso como Marte, la vida pueda depender del metabolismo del hierro en lugar del oxígeno.
"Un enfoque fundamental en astrobiología es usar sitios terrestres como análogos, donde buscamos información sobre las posibilidades en otros mundos", continúa Roden. "Algunas personas creen que el uso de óxido de hierro como un receptor de electrones podría haber sido el primero, o una de las primeras formas de respiración en la Tierra. Y hay tanto hierro alrededor en los planetas rocosos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por David Tenenbaum. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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