Científicos israelíes descubren el secreto del extraño ser que “respira” piedras en vez de oxígeno

Desde el momento en que fue descubierta, allá por los años 80, la extraña bacteria Shewanella oneidensis ha intrigado a los científicos: este minúsculo ser sobrevive «respirando» rocas, si bien no se sabe muy bien cómo. Ahora, en un nuevo estudio descubre que la capacidad del microbio está relacionada con la física cuántica y cómo puede absorber electrones de minerales gracias al giro de los electrones.

Los electrones giran. Es una parte fundamental de su existencia. Y no lo hacen todos en la misma dirección, sino que unos lo hacen hacia «arriba» y otros hacía «abajo», tal y como saben los científicos desde hace un siglo gracias a los principios de la física cuántica. También se sabe que el campo magnético puede afectar al giro del electrón, cambiándolo de sentido. Y este «empujón» no es necesariamente un gran salto: hasta una célula bacteriana, como la de la S. oneidensis puede hacerlo. Y ahí está el secreto de su respiración «rocosa».

Un equipo de científicos de la University of Southern California (USC Dornsife) y el Instituto de Ciencias Weizmann de Israel ha descubierto que los «cables» de proteinas que conectan a esta bacteria con las superficies sólidas tienden a transmitir electrones con un giro especial. La investigación se publica en la revista « Journal of the American Chemical Society».

Vida en las rocas
Dirigidos por Moh El-Naggar, profesor de física y astronomía y química de USC Dornsife, y Ron Naaman, del Instituto Weizmann, los científicos han estado estudiando la capacidad de ciertas bacterias, como la S. oneidensis, que pueden usar superficies sólidas de la misma manera que los animales usan el oxígeno para respirar. En lugar de utilizar electrones generados durante el metabolismo de las moléculas de oxígeno que inhalan -como la gran mayoría de los animales pluricelulares, salvo este-, estos seres unicelulares envían los electrones a proteínas especializadas que se conectan a una superficie externa, a modo de «tentáculos» visibles. De hecho, al principio se pensó en estas extremidades como una suerte de «pelos» que, finalmente se revelaron como extensiones de la membrana con proteínas transportadoras de electrones llamados citocromos.

«A diferencia de la mayoría de los organismos que pueden usar oxígeno como aceptor de electrones» -explica en un comunicado Sahand Pirbadian, investigador asociado de investigación de USC Dornsife- estas bacterias transfieren los electrones a un mineral sólido o, como lo hacen en nuestro laboratorio, a electrodos que están fuera del célula». En términos metabólicos, «respiran» directamente los minerales de las rocas (o los electrodos).

Los electrones se transportan a través de varias moléculas de proteínas que forman conductos eléctricos y que ya han sido objeto de estudio anteriormente. Estas proteínas tienen campos magnéticos que pueden favorecer un giro particular a medida que los electrones se trasladan. Así, los investigadores hallaron que estos campos magnéticos se ven afectados por una característica de las proteínas llamada «quiralidad».

Qué es la quiralidad
Muchas moléculas, especialmente moléculas biológicas, aparecen en dos versiones, cada una una imagen especular de la otra. Los científicos llaman a esto «quiralidad». El ejemplo más utilizado para explicar el fenómeno son las manos humanas: las dos tienen cinco dedos, pero estos están orientados de forma opuesta, como ocurre también delante de los espejos y se invierte la imagen. Las moléculas pueden ser de la misma manera, y de hecho, los científicos se refieren a las moléculas quirales como zurdas o diestras.

La zurda o derecha de una proteína puede afectar la polaridad de los campos magnéticos experimentados por los electrones cuando se transportan a través de la proteína. Según los investigadores, eso es lo que les sucede a los electrones que viajan a lo largo de un cable de proteína de las S. oneidensis para llegar al exterior de una bacteria que respira rocas.

«En el momento en que los electrones atraviesan el cable molecular, la mayoría termina teniendo el mismo giro cuántico, hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la quiralidad», explica El-Naggar. «Este estudio es el primero en confirmar que las proteínas conductoras de la electricidad en estas células están seleccionando el giro de los electrones».

Pero, aparte de las implicaciones biológicas al conocer el mecanismo exacto de la respiración de estas bacterias -que pueden servir, por ejemplo, para encontrar formas de vida en otros planetas-, el estudio tiene implicaciones industriales, ya que se podría desarrollar dospositivos que ayudarían a construir ordenadores cuánticos más eficaces.

Fuente: ABC