Científicos de la Universidad de Rice han descubierto bacterias capaces de respirar electricidad en lugar de oxígeno. Este hallazgo revela una forma de vida microbiana sorprendente, con implicaciones revolucionarias para la biotecnología, la generación de energía limpia y el diseño de nuevas tecnologías sostenibles.

Extrañas bacterias que respiran electricidad

En la naturaleza, el oxígeno es esencial para la mayoría de los organismos vivos, ya que actúa como receptor final de electrones en los procesos metabólicos que generan energía. Sin embargo, algunas bacterias ancestrales han desarrollado mecanismos alternativos para sobrevivir en entornos donde el oxígeno es escaso o inexistente, como los respiraderos hidrotermales, el suelo profundo o incluso el intestino humano. Estas bacterias “respiran” transfiriendo electrones a superficies externas, en lugar de al oxígeno, y ahora sabemos cómo lo hacen.

El equipo liderado por la doctora Caroline Ajo-Franklin ha descubierto que estas bacterias utilizan compuestos llamados naftoquinonas como “mensajeros moleculares” para mover los electrones desde el interior de la célula hacia el exterior. Este fenómeno se denomina respiración extracelular y se asemeja, en cierto modo, al funcionamiento de una batería: los electrones fluyen hacia fuera, generando corriente.

Este proceso, observado durante décadas pero mal comprendido, ahora tiene un mecanismo claramente identificado. Según el primer autor del estudio, Biki Bapi Kundu: 

“Las naftoquinonas actúan como puentes químicos que permiten a la bacteria generar energía en ausencia total de oxígeno”. 

Esta forma de respiración, lejos de ser una rareza, podría estar mucho más extendida en la naturaleza de lo que se creía.

El hallazgo es doblemente importante: por un lado, ofrece una solución a un antiguo misterio científico sobre cómo ciertos microbios sobreviven sin oxígeno; por otro, establece las bases de un nuevo campo de estudio en el que la bioelectricidad natural puede ser aprovechada para crear tecnologías disruptivas.

Biotecnología, energía y sensores: aplicaciones del descubrimiento

Una vez comprendido el mecanismo de respiración eléctrica, los científicos quisieron probar su funcionamiento en escenarios simulados. Para ello, colaboraron con el laboratorio de Bernhard Palsson en la Universidad de California en San Diego, donde utilizaron modelos computacionales avanzados para simular entornos sin oxígeno pero con materiales conductores accesibles. Las simulaciones mostraron que las bacterias no solo sobrevivían, sino que prosperaban, descargando electrones hacia las superficies externas.

Experimentos de laboratorio confirmaron esta predicción. Las bacterias cultivadas sobre superficies conductoras continuaron creciendo y generando corriente eléctrica, validando que podían “respirar” a través del material. Este descubrimiento permite pensar en sistemas vivos como biosensores, reactores biológicos o generadores eléctricos en lugares donde otras formas de energía no son viables.

En términos prácticos, esta capacidad microbiana tiene un gran potencial para la bioenergía y la biofabricación. Por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales, estas bacterias podrían convertirse en agentes activos que gestionen los flujos electrónicos de los sistemas y aumenten la eficiencia. En el campo de la biotecnología industrial, podrían permitir la producción de compuestos sin la necesidad de oxígeno, lo que simplifica enormemente muchos procesos y reduce los costos energéticos.

Además, este tipo de respiración podría ser aprovechado en sistemas de captura de carbono, utilizando electricidad renovable para alimentar bacterias que conviertan el dióxido de carbono en productos útiles, imitando la fotosíntesis pero sin necesidad de luz solar. Según Ajo-Franklin, este es solo el comienzo: “Nuestro trabajo sienta las bases para una nueva biología energética más inteligente y adaptable”.

La investigación también abre posibilidades fascinantes para el desarrollo de sensores bioelectrónicos que funcionen en condiciones extremas, como en ambientes contaminados, en zonas sin oxígeno, o incluso en misiones espaciales. Un biosensor basado en bacterias que respiran electricidad podría, por ejemplo, detectar compuestos tóxicos en el subsuelo o analizar condiciones de vida en otros planetas.

El descubrimiento de bacterias que respiran electricidad en lugar de oxígeno redefine lo que sabemos sobre la vida microbiana y abre puertas a nuevas aplicaciones en energía, medio ambiente y exploración espacial. Este avance científico es una promesa de tecnologías más limpias, eficientes y conectadas con los procesos naturales.

Referencia:

• Cell/Extracellular respiration is a latent energy metabolism in Escherichia coli. Link