09 diciembre, 2012

Química, bichitos y otras microcosas


Si un extraterrestre viniera a la tierra, cogiera una muestra metagenómica de toda la vida presente en nuestro planeta y la analizara… la conclusión sería que la forma de vida predominante es una denominada “₯√₩₪ỡᴂ”  (No pongáis esa cara que vosotros tampoco sabéis escribir extraterrestre). Lo que nosotros denominamos procariotas. Representa la mayor diversidad y versatilidad de especies. Sus metabolismos son diversos y de vez en cuando nos sorprende apareciendo en los medios mas inhóspitos como el fondo de los fosas abisales, chimeneas sulfurosas e incluso en zonas con una alta radiactividad.

Sin embargo desconocemos la mayoría de las especies presenten en nuestro planeta. Según a que experto le preguntes te podrá decir que conocemos entre el 5 y el 15% de todas las especies y todos están de acuerdo en que no llegamos ni al 20%. Nos falta por tanto por conocer mucha de la diversidad de nuestro propio planeta.

Las bacterias y arqueas, dos de los 3 grandes grupos de organismos vivos de la tierra, tomar parte activa de muchos de los procesos biológicos y geológicos que se pueden observar. Así por ejemplo son responsables de la mayoría de las reacciones que se dan en los llamados ciclos del Nitrógeno, el Carbono, el Hidrógeno, el azufre, el fósforo, etc. Sin las bacterias sería imposible que se diesen esas reacciones y por tanto cerrar los ciclos que durante tanto tiempo han mantenido estable nuestro planeta apto para la vida.

Hasta aquí lo que casi todo el mundo sabe, que hay muchas muchos microorganismos, que son muy variados raros y feos y que algunos son beneficiosos para nosotros y otros perjudiciales. Sin embargo hay algo que a todo el mundo le fascina y es que, siento tan pequeños, puedan tener esa gran capacidad de modificar el ambiente. Así por ejemplo son los responsables de la biodegradación y el biodeterioro (cambios provocados en materiales orgánicos e inorgánicos producto de las actividades vitales de estos organismos) así como de la biorremediación y la biorreparación (Cambio deseables en las propiedades de un material generalmente contaminante para nosotros, como producto también de sus actividades vitales y otras actividades sedundarias).

La respuesta más sencilla e inmediata es que como son muchas bacterias… pues listo. Pero la respuesta correcta sería que son muchas bacterias… y trabajan en equipo.

No quiero decir con esto que conscientemente se pongan de acuerdo en nada ni que vivan en pueblos diminutos con un papa bacteria, una bacterina y diferentes bacterioides pequeñitos.

En comunidades ambientales adecuadas, muchas bacterias forman comunidades asociadas a superficies. Son los denominados biofilm o biopelículas y tienen una gran relevancia tanto médica (infecciones asociadas a catéteres o implantes) como biotecnológica (biorreactores) y en agricultura. Se han identificado genes implicados en la formación de estos biofilms, así como el papel de moléculas de tipo segundo mensajero como el di-GMP cíclico en la transición del modo de vida libre al modo de vida en biofilms. Sólo una parte de las bacterias son las que inician el contacto con una superficie. Es como si hubiera una subpoblación de todas que estuviese programada para adherirse al sustrato. El resto se generan en el propio biofilm o bien se ven atraídas por señales químicas denominadas de QS (Quorum sensing). Estas señales hacen que se activen una serie de rutas metabólicas que inician un cambio en el metabolismo de la población.





Toda esta serie de procesos y su estudio sistemático es lo que se ha convenido en denominar “Sociomicrobiología”.

Algunas de estas comunidades bacterianas son capaces de Biodegradar (Proceso mediante el cual los microorganismo alteran y convierten las moléculas orgánicas en otras sustancias) o Biotransformar (cuando esa degradación es completa hasta sustancias orgánicas pequeñas o sustancias inorgánicas) compuestos Xenobióticos (Una serie de compuestos orgánicos sistéticos cuya estructura no está presente en la naturaleza). Por tanto estamos hablando de microorganismos capaces de degradar compuestos tóxicos o potencialmente tóxicos. Y para hacer ese proceso de degradación, la mayoría de las veces necesitan formas estas comunidades en forma de biofilms.

Algunos de esos compuestos (que suelen tener enlaces poco usuales) pueden ser halógenos, anillos aromáticos muy condensados, polímeros, compuestos metálicos recalcitrantes, etc. Algunos de los mas conocidos son los Halocarburos fluorocarbonados (propelentes, disolventes, refrigerantes), Halobencenos (disolventes industriales) y Halofenoles (plaguicidas), Bifenoles policlorados y dioxinas (plastificantes, aislantes, intercambiadores de calor), Polimeros sintéticos plásticos como el polietileno, cloruro de polivinilo y poliestireno, Sulfonatos Alquilbencílicos (Presentes en detergentes) y Plaguicidas (insecticidas, fungicidas, herbicidas) organoclorados entre otros.

Existen microorganismos capaces de degradas todos estos compuestos pero necesitamos saber cuales son, como se comportan y qué necesitan para hacerlo. De este tipo de estudios se podrá extraer el conocimiento para aplicar una biorremediación “artificial” aplicando nosotros mismos inóculos en unas condiciones idóneas para poder limpiar de Xenobióticos cualquier superficie.

Se ha podido observar que una de las cosas que más se necesitan para que estos organismos degraden un compuesto de este tipo es la formación de las biopelículas. Estas formaciones son además importantes en superficies vegetales para mejorar el crecimiento de las plantas y el biocontrol de patógenos.

De paso, y dado el día que es, quiero recordar al químico Prusiano (ahora Polaco) Fritz Haber. Del que hoy se cumplen 144 años de su nacimiento y que recibió el premio Nobel de Química en el año 1918 por su desarrollo de la síntesis de amoníaco, importante precisamente para la fabricación de fertilizantes y explosivos.

Haber, junto con Max Born, fueron los que propusieron el famoso ciclo de Born-Haber como un método de evaluar la energía reticular de un sólido iónico. Se le describe a Frithz además como el padre de la guerra química por su trabajo de desarrollo y despliegue de cloro y otros gases venenosos durante la Primer Guerra mundial.

El proceso de Haber-Bosch de producción de amoníaco fue un hito en la industria química que alejó la producción de productos nitrogenados de las explotaciones de depósitos naturales. Esto provocó una tremenda crisis minera en Chile, principal y casi único productor de nitrato de sodio (caliche). La importancia de este invento y descripción de proceso cambió la forma de producción de otras muchas materias primas y posiblemente el mundo para siempre.

Haber además investigó las reacciones de combustión, la separación del oro del agua de mar, los efectos de absorción, la electro química y la investigación de radicales libres (reactivo de Fenton).


Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara


Esta entrada participa en la XIX Edición del Carnaval de Biología, organizado por La Fila De Atrás, blog perteneciente a @MyrRB