Una investigación de la UdG y el INRA descubre un mecanismo para analizar distintos compuestos con un mismo biosensor

El estudio se ha publicado en la revista Biosensors & Bioelectronics y es fruto de la colaboración de un equipo multidisciplinar de investigadores de los grupos LEQUIA y GEMM de la UdG, y del Laboratorio de Biotecnología Ambiental del l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA).

¿Os imagináis una tecnología capaz de eliminar contaminantes de aguas subterráneas, depurar aguas residuales, producir biocombustibles o desarrollar biosensores? Estamos hablando de los sistemas bioelectroquímicos, que en los últimos años han despertado un gran interés entre la comunidad científica internacional. Para entender cómo funcionan, sólo necesitamos dos conceptos científicos básicos: los microorganismos y las reacciones redox. Si la reacción redox está catalizada por microorganismos eléctricamente activos, nos encontramos con una reacción bioelectroquímica.

Algunos microorganismos son capaces de catalizar la liberación de electrones. Otros intervienen en su captación. Un tercer grupo puede llevar a cabo ambos procesos: dependiendo de las condiciones aplicadas, catalizan procesos de oxidación (bioánodo) o de reducción (biocátodo). Este fenómeno se conoce como “transferencia bidireccional de electrones” y, hasta la fecha, se desconocía el mecanismo que la hace posible. Investigadores de los grupos de investigación LEQUIA y geMM de la Universidad de Girona, y del LBE-INRA de Narbonne en Francia, han desarrollado un trabajo conjunto que contribuye significativamente a su comprensión.

Narcís Pous, Anna Vilajeliu, Erika Fiset, Maria Dolors Balaguer, Jesús Colprim y Sebastià Puig del LEQUIA, Lluís Bañeras del geMM, y Alessandro Carmona, Eric Trably y Nicolas Bernet del LBE-INRA, han publicado los resultados en la prestigiosa revista Biosensors & Bioelectronics. El artículo evidencia que biofilms eléctricamente activos tienen la capacidad de biocatalizar procesos de oxidación y reducción a través del mismo sistema redox. Concretamente, demuestra que un biofilm predominantemente cubierto por Geobacter sp. es capaz de oxidar acetato o reducir nitrato a través del mismo mecanismo de liberación/captación de electrones del electrodo.

Para llevar a cabo el trabajo de investigación se desarrollaron biofilms eléctricamente activos que eran capaces de actuar como un bioánodo oxidando acetato (materia orgánica) a dióxido de carbono y que, además, pudieran actuar como biocátodos y reducir nitrato a nitrógeno gas. En ambas condiciones los biofilms presentaban una predominancia de microorganismos del género Geobacter, muy común en sistemas bioelectroquímicos. Finalmente, los biofilms desarrollados se caracterizaron electroquímicamente mediante técnicas voltamperométricas, lo cual permitió determinar que tanto el proceso de oxidación de acetato como el de reducción de nitrato se llevaron a cabo mediante sistemas redox que presentaban el mismo potencial formal. Ello sugiere que la transferencia de electrones de ambos procesos tiene lugar mediante el mismo sistema redox, e implica que los mismos mecanismos de transferencia de electrones puedan biocatalizar procesos de oxidación y de reducción. Los resultados también invitan a considerar la utilización de un único biosensor para detectar distintos compuestos químicos – con aplicaciones potenciales en el campo del agua.

Se trata, pues de un importante paso adelante para avanzar, por un lado, hacia un mayor conocimiento de los sistemas bioelectroquímicos y, por el otro, para aprovechar uno de los múltiples potenciales: el desarrollo de biosensores.

Artículo de referencia:

Narcís Pous, Alessandro A. Carmona-Martínez, Anna Vilajeliu-Pons, Erika Fiset, Lluis Bañeras, Eric Trably, M. Dolors Balaguer, Jesús Colprim, Nicolas Bernet and Sebastià Puig. Bidirectional microbial electron transfer: switching an acetate oxidizing biofilm to nitrate reducing conditions. Biosensors and Bioelectronics. http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2015.08.035