Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía y la Universidad de Michigan ha descubierto que ciertas bacterias pueden robar un compuesto esencial de otros microbios para descomponer el metano y el metilmercurio tóxico en el medio ambiente.

Los hallazgos podrían informar estrategias que apuntan a manipular estos microorganismos para reducir las emisiones de metano, un potente gas de efecto invernadero, y desintoxicar el metilmercurio, una potente neurotoxina que puede acumularse en el suministro de alimentos.

El estudio, publicado en El diario ISME , descubrió que ciertas clases de metanótrofos o bacterias que consumen metano que antes se pensaba que no podían degradar el metilmercurio en realidad pueden degradarlo en el medio ambiente. Esta actividad es posible porque los microbios están equipados con la maquinaria celular para absorber y usar un compuesto llamado metanobactina que es producido por otros microbios.

Los metanótrofos son de naturaleza generalizada. Viven cerca de las interfaces de metano y aire, como la capa superior de suelos, sedimentos de ríos y humedales donde pueden acceder al oxígeno mientras se alimentan del metano que fluye desde el anóxico, o con deficiencia de oxígeno, entornos a continuación.

Estas bacterias juegan un papel fundamental en el ciclo del carbono, consumir cantidades sustanciales de metano generado por otros microbios llamados metanógenos. Este contrapeso natural es importante para limitar las emisiones de metano, que son 25 veces más potentes que el dióxido de carbono para calentar la atmósfera de la Tierra.

Comprender más sobre la forma en que funcionan los alimentadores de metano puede indicar métodos para usarlos como palancas para controlar las emisiones de metano. El nuevo conocimiento también puede informar mejor a los modelos climáticos que predicen el futuro del planeta.

Los investigadores descubrieron estos nuevos comportamientos metanótrofos mientras estudiaban otro problema global:la contaminación por mercurio. ORNL tiene una larga historia de avances relacionados con el mercurio, incluido su descubrimiento en 2013 de los genes que permiten a los microbios transformar el mercurio en la toxina metilmercurio.

En 2017, un equipo dirigido por ORNL fue el primero en demostrar que algunos metanótrofos pueden descomponer el metilmercurio, un proceso llamado desmetilación. Sus hallazgos más recientes se basan en ese descubrimiento, mostrando que más metanótrofos de los que se conocían anteriormente pueden degradar el metilmercurio.

"A medida que obtenemos nuevos conocimientos sobre las actividades metanotróficas, es posible que podamos manipular de manera más eficaz estas comunidades microbianas para reducir las emisiones de metano y mejorar la desintoxicación del mercurio en el medio ambiente, "dijo Baohua Gu, miembro corporativo de ORNL y biogeoquímico.

Productores y tramposos

Los metanótrofos buscan lo más fácil, suministro de alimentos más rápido, con un objetivo de compuestos de un solo carbono como el metano y el metilmercurio, que tienen estructuras químicas similares. Estos microbios también necesitan cobre para alimentar sus procesos metabólicos. Es esta necesidad de cobre la que puede limitar la actividad metanotrófica, impulsando a los microbios a buscar fuentes de cobre en el medio ambiente utilizando muchos métodos diferentes.

Algunos metanótrofos usan una proteína de superficie para asegurar el cobre. Otros secretan un compuesto llamado metanobactina, o MB, que se une al cobre en el medio ambiente y facilita la adquisición de cobre. Los hallazgos anteriores del equipo habían demostrado que solo las bacterias con la maquinaria genética y metabólica para producir metilmercurio pueden descomponer el metilmercurio.

Los últimos hallazgos de los investigadores demuestran que algunos metanótrofos que no producen metilmercurio pueden desintoxicar el metilmercurio utilizando metilmercurio secretado por otros metanótrofos. En otras palabras, lo roban.

"Son efectivamente lo que llamamos tramposos, ", dijo el microbiólogo Jeremy Semrau de la Universidad de Michigan." Esto se ha observado antes, donde un microorganismo produce algo que beneficia a la comunidad en general y otros lo roban. Esto permite que algunos metanótrofos cumplan con sus requisitos de cobre ".

El equipo de investigación también mostró que el robo exitoso de MB requiere que los metanótrofos tengan el gen, llamado mbnT, que permite la producción de una proteína específica llamada transportador TonB. Bien llamado, esta proteína mueve MB, y el cobre asociado, al microbio, permitiendo la descomposición del metilmercurio y el metano.

Los científicos de la U-M diseñaron una cepa de metanótrofos sin el gen mbnT, y el equipo de ORNL analizó el mercurio en las muestras. La eliminación del gen mbnT y la proteína transportadora de estos microbios desactivó efectivamente su capacidad para absorber metilmercurio o desintoxicar el metilmercurio.

Estos conocimientos podrían informar los caminos futuros para abordar la contaminación por mercurio en el medio ambiente.

"Creo que es una estrategia maravillosa en el futuro en la que podríamos utilizar metanótrofos para ayudar a remediar los sitios contaminados con mercurio, y que esto podría estar sucediendo hasta cierto punto, naturalmente, "Dijo Semrau.

Otra pieza del rompecabezas

Los metanótrofos son comunes en el medio ambiente, pero aún queda mucho por aprender sobre sus actividades. Un equipo dirigido por el científico ambiental de ORNL Scott Brooks colaboró ​​con el grupo de Semrau en la U-M en el descubrimiento de varios metanótrofos novedosos en East Fork Poplar Creek, un arroyo contaminado con mercurio que fluye a través de la Reserva Oak Ridge que ha sido estudiado durante décadas.

Brooks y su equipo han estado estudiando biopelículas, que son comunidades complejas de algas y bacterias que se acumulan en las rocas de los arroyos como "limo verde". Aunque las biopelículas son tan gruesas como unas pocas tarjetas de crédito apiladas, son puntos calientes para el procesamiento de mercurio y nutrientes.

El equipo de ORNL había descubierto anteriormente que las bolsas deficientes de oxígeno dentro de estas biopelículas albergan microbios que están transformando el mercurio en su forma más tóxica:metilmercurio. Su reciente descubrimiento de metanótrofos en las cavidades ricas en oxígeno de estas mismas biopelículas significa que la degradación del metilmercurio también se está produciendo de forma natural en el arroyo.

"Hay algunos gradientes químicos realmente pronunciados y cambios en la concentración que tienen lugar en una distancia muy pequeña, "Dijo Brooks. Eso incluye oxígeno disuelto que" desaparece en unas pocas décimas de milímetro ".

Esas pequeñas bolsas de oxígeno son suficientes para que prosperen los metanótrofos. El análisis preliminar mostró que la actividad microbiana que produce metilmercurio superó la actividad metanotrófica que descompone la toxina. Con más estudio, los científicos podrían potencialmente identificar métodos para inclinar la balanza hacia la degradación del metilmercurio.

"Este es un buen matrimonio de dos proyectos de investigación diferentes que trabajan en paralelo, ", Dijo Brooks." Estamos viendo cosas que son consistentes entre sí y que nos ayudan a confirmar lo que está sucediendo con el ciclo del mercurio en estas complejas comunidades microbianas ".