En los rincones más oscuros de la naturaleza (y del propio cuerpo humano) existen microorganismos capaces de generar electricidad. Son las bacterias electrogénicas, seres microscópicos que, en lugar de depender de oxígeno para respirar, transfieren electrones a minerales o electrodos fuera de su célula. Esta sorprendente habilidad, descubierta en sedimentos marinos y ahora también en el intestino humano, abre las puertas a un mundo donde la biología se conecta literalmente con la electrónica.
Lo más fascinante es que estas bacterias no solo pueden transformar residuos en energía limpia mediante las denominadas celdas de combustible microbianas, sino que también empiezan a mostrar su potencial en medicina, como biosensores vivos o herramientas para estudiar enfermedades.
Además, su presencia en el microbioma intestinal humano, un descubrimiento relativamente reciente, despierta nuevas preguntas sobre su influencia en la salud, la inflamación e incluso el cáncer.
Bioelectrogénesis, más de un siglo de conocimiento
Vamos con una breve reseña histórica.
Las bacterias electrogénicas o electroactivas fueron descubiertas por el profesor de botánica M.C. Potter en la Universidad de Durham en 1911, es decir, que hace más de un siglo que sabemos de su existencia.
Esta primera observación y estudios en décadas posteriores dieron lugar al desarrollo de una nueva disciplina, la electromicrobiología desarrollándose en los últimos años al amparo de lo que se conoce como bioelectrónica.
Ya en los años 90, y gracias al conocimiento acumulado en décadas anteriores, Bennetto y Allen del King’s College (Londres) diseñaron las conocidas como «celdas de combustible microbianas«, dispositivos que usan bacterias vivas para producir electricidad a partir de la oxidación de compuestos orgánicos, como los que podemos encontrar, por ejemplo, en aguas contaminadas.
Finalmente, el último momento clave de esta primera etapa llegaba en 1999 cuando Kim y colaboradores identificaron la primera bacteria electrogénica, Shewanella oneidensis, un organismo reductor de hierro.
Se descubren las bacterias productoras de energía en el intestino humano
Sin embargo, el gran momento para los enamorados de la microbiota (como un servidor) llegaría en septiembre de 2018, cuando un equipo de científicos publica sus hallazgos en la prestigiosa revista Nature sobre como Listeria monocytogenes, es capaz de realizar una transferencia extracelular de electrones basado en flavinas (el proceso que da lugar a la «generación de energía»), aunque distinto al observado en las bacterias electrogénicas clásicas.
Posteriormente y aunque aún falta muchísimo por conocer acerca del cómo y los por qué, se unieron a la lista de microorganismos electrogénicos en el microbioma humano Escherichia coli o Enterococcus faecalis, entre otros.
De hecho y como destacaron desde la Universidad de Berkeley en ese año 2018, muchas de estas bacterias generadoras de energía forman parte del microbioma intestinal humano.
Por ejemplo, Clostridium perfringens, así como algunos estreptococos patógenos, también producen electricidad.
Y otras bacterias electrógenas, como los lactobacilos, son probióticas y positivas para la salud humana y habituales en el microbioma.
Y añadían: “El hecho de que tantos microorganismos que interactúan con los humanos, ya sea como patógenos, en probióticos, en nuestra microbiota o involucrados en la fermentación de productos aptos para el consumo humano, sean electrogénicos, podría revelarnos mucho sobre cómo estas bacterias nos infectan o nos ayudan a tener un intestino sano”.
Fascinante, sin duda.
¿En qué pueden ayudar al ser humano y al mundo que nos rodea?
A día de hoy, los conocimientos atesorados en bioelectrónica se centran en utilidades relacionadas con la industria y el medio ambiente. Tres son las más exploradas:
Celdas de Combustible Microbianas
Uno de los desarrollos más prometedores.
En estos dispositivos, las bacterias degradan materia orgánica (proveniente de residuos o aguas residuales) y, mediante la transferencia de electrones, generan electricidad.
Esto no solo representa una forma de obtener energía renovable, sino que también contribuye al tratamiento de residuos orgánicos.
Biorremediación
La capacidad de algunas bacterias electrogénicas para reducir metales y compuestos contaminantes es aprovechada en estrategias de biorremediación. Mediante la reducción de compuestos tóxicos, estos microorganismos pueden ayudar a limpiar ambientes contaminados.
Sensores y dispositivos biosensoriales
La transferencia de electrones de las bacterias también ha sido explorada para el desarrollo de biosensores, que pueden detectar la presencia de contaminantes u otras moléculas específicas mediante cambios en la corriente generada.
¿Qué implicaciones tienen las bacterias electrogénicas para la salud humana?
Pues mientras escribo estas líneas es aún una pregunta sin respuesta.
Hace poco más de un lustro que se ha descubierto su presencia en el organismo humano y se relaciona con microorganismos potencialmente patógenos así como probióticos, con lo cual las dudas sobre todo lo relacionado con ellos son muy numerosas.
¿Puede haber relación con el cáncer?
Esta es una pregunta que asaltó mi mente mientras iba profundizando en el conocimiento de estos microorganismos generadores de energía.
Por una parte porque todo este proceso se da en anaerobiosis, es decir, en ausencia de oxígeno.
Además de ello, está íntimamente relacionado con el equilibrio redox, es decir, el balance entre los procesos de oxidación y «antioxidación» tan relevantes para la salud. Hablamos de generación de radicales libres, inflamación, estrés oxidativo…
En ese contexto, sabemos que algunas bacterias electrogénicas intestinales pueden usar el lactato para modular el ambiente redox, generar energía o interactuar con otras especies. Y en el cáncer el exceso de lactato es uno de los protagonistas.
Además, por ejemplo y si rascamos un poco más en esta incipiente área de investigación, averiguaremos que ciertas cepas de E. coli pueden producir toxinas como la colibactina, asociadas con el cáncer colorrectal.
En resumen, infinitas más dudas que certezas.
Lo que es innegable es que el campo de las bacterias productoras de electricidad dentro (y fuera) del ser humano es ciertamente fascinante.
Bibliografía principal
- Potter MC 1911 Efectos eléctricos que acompañan la descomposición de compuestos orgánicos Proc. R. Soc. Lond. B. 84 260–276
- Allen, RM, Bennetto, HP. Celdas de combustible microbianas. Appl Biochem Biotechnol 39 , 27–40 (1993). https://doi.org/10.1007/BF02918975
- Garbini GL, Barra Caracciolo A, Grenni P. Electroactive Bacteria in Natural Ecosystems and Their Applications in Microbial Fuel Cells for Bioremediation: A Review. Microorganisms. 2023 May 10;11(5):1255. doi: 10.3390/microorganisms11051255. PMID: 37317229; PMCID: PMC10263229.
- Light, SH, Su, L., Rivera-Lugo, R. et al. Un mecanismo de transferencia electrónica extracelular basado en flavina en diversas bacterias grampositivas. Nature 562 , 140–144 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0498-z
