El proceso bioqu\u00edmico mediante el cual las cianobacterias adquieren nutrientes de las rocas del desierto de Atacama en Chile ha inspirado a los ingenieros de la Universidad de California en Irvine (UCI) a pensar en nuevas formas en que los microbios podr\u00edan ayudar a los humanos a construir colonias en la Luna y Marte. Investigadores del Departamento de Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales de la UCI y del Departamento de Biolog\u00eda de la Universidad Johns Hopkins utilizaron microscop\u00eda electr\u00f3nica de alta resoluci\u00f3n y t\u00e9cnicas avanzadas de im\u00e1genes espectrosc\u00f3picas para obtener una comprensi\u00f3n precisa de c\u00f3mo los microorganismos modifican tanto los minerales naturales como las nanocer\u00e1micas sint\u00e9ticas. Un factor clave, seg\u00fan los cient\u00edficos, es que las cianobacterias producen biopel\u00edculas que disuelven las part\u00edculas magn\u00e9ticas de \u00f3xido de hierro dentro de las rocas de yeso, transformando posteriormente la magnetita en hematita oxidada.<\/p>\n\n\n\n
Los hallazgos del equipo, que son el tema de un art\u00edculo publicado recientemente en la revista Materials Today Bio, podr\u00edan proporcionar un camino para nuevos m\u00e9todos de miner\u00eda biomim\u00e9ticos. Los autores tambi\u00e9n dijeron que ven los resultados como un paso hacia el uso de microorganismos en la impresi\u00f3n 3D a gran escala o la fabricaci\u00f3n aditiva a una escala que sea \u00fatil en la ingenier\u00eda civil en entornos hostiles, como los de la Luna y Marte.<\/p>\n\n\n\n
“A trav\u00e9s de un proceso biol\u00f3gico que ha evolucionado durante millones de a\u00f1os, estos peque\u00f1os mineros excavan rocas, extrayendo los minerales que son esenciales para las funciones fisiol\u00f3gicas, como la fotos\u00edntesis, que permiten su supervivencia”, dijo el autor correspondiente David Kisailus, profesor de ciencia e ingenier\u00eda de materiales de la UCI. “\u00bfPodr\u00edan los humanos usar un enfoque bioqu\u00edmico similar para obtener y manipular los minerales que consideramos valiosos? Este proyecto nos ha llevado por ese camino”.<\/p>\n\n\n\n
El desierto de Atacama es uno de los lugares m\u00e1s secos e inh\u00f3spitos de la Tierra, pero Chroococcidiopsis<\/em>, una cianobacteria que se encuentra en muestras de yeso recolectadas all\u00ed por el equipo de Johns Hopkins, ha desarrollado “las adaptaciones m\u00e1s sorprendentes para sobrevivir en su h\u00e1bitat rocoso”, dijo el coautor. Jocelyne DiRuggiero, profesora asociada de biolog\u00eda en la Universidad de Baltimore.<\/p>\n\n\n\n “Algunos de esos rasgos incluyen la producci\u00f3n de clorofila que absorbe fotones de color rojo lejano y la capacidad de extraer agua y hierro de los minerales circundantes”, agreg\u00f3.<\/p>\n\n\n\n Usando microscopios electr\u00f3nicos avanzados e instrumentos espectrosc\u00f3picos, los investigadores encontraron evidencia de los microbios en el yeso al observar c\u00f3mo se transformaban los mismos minerales que conten\u00eda.<\/p>\n\n\n\n “Las c\u00e9lulas de cianobacterias promovieron la disoluci\u00f3n de la magnetita y la solubilizaci\u00f3n del hierro al producir abundantes sustancias polim\u00e9ricas extracelulares, lo que llev\u00f3 a la disoluci\u00f3n y oxidaci\u00f3n de la magnetita a hematita”, dijo DiRuggiero. “La producci\u00f3n de sider\u00f3foros [compuestos que se unen al hierro generados por bacterias y hongos] mejor\u00f3 en presencia de nanopart\u00edculas de magnetita, lo que sugiere que las cianobacterias los usan para adquirir hierro de la magnetita”.<\/p>\n\n\n\n Kisailus dijo que la forma en que los microorganismos procesan los metales en su desolado hogar le hizo pensar en nuestras propias pr\u00e1cticas de miner\u00eda y fabricaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n “Cuando extraemos minerales, a menudo terminamos con minerales que pueden presentar desaf\u00edos para la extracci\u00f3n de metales valiosos”, dijo. “Con frecuencia necesitamos someter estos minerales a un procesamiento extremo para transformarlos en algo de valor. Esa pr\u00e1ctica puede ser econ\u00f3mica y ambientalmente costosa”.<\/p>\n\n\n\n Kisailus dijo que ahora est\u00e1 considerando un enfoque bioqu\u00edmico utilizando an\u00e1logos naturales o sint\u00e9ticos de sider\u00f3foros, enzimas y otras secreciones para manipular minerales donde actualmente solo funciona una gran trituradora mec\u00e1nica. Y dando un salto desde aqu\u00ed, dijo que tambi\u00e9n podr\u00eda haber una forma de hacer que los microorganismos empleen capacidades bioqu\u00edmicas similares para producir un material de ingenier\u00eda bajo demanda en lugares menos que convenientes.<\/p>\n\n\n\n “Lo llamo ‘formaci\u00f3n lunar’ en lugar de terraformaci\u00f3n”, dijo Kisailus. “Si deseamos construir algo en la Luna, en lugar de gastar dinero en personas que lo hagan, podr\u00edamos tener sistemas rob\u00f3ticos que impriman medios en 3D y luego hacer que los microbios lo reconfiguren en algo de valor. Esto podr\u00eda hacerse sin poner en peligro vidas humanas”.<\/p>\n\n\n\n Agreg\u00f3 que los humanos no siempre necesitan usar enfoques edisonianos para descubrir c\u00f3mo hacer las cosas.<\/p>\n\n\n\n “Este es el tema principal de mi laboratorio de biomim\u00e9tica y materiales nanoestructurados. \u00bfPor qu\u00e9 tratar de reinventar la rueda cuando la naturaleza la perfeccion\u00f3 durante cientos de millones de a\u00f1os?” Kisailus dijo. “S\u00f3lo tenemos que extraer los secretos y los planos de lo que hace la naturaleza y aplicarlos o adaptarlos a lo que necesitamos”.<\/p>\n\n\n\n