PRODUCEN HIDRÓGENO EN BACTERIAS PARA OBTENER ENERGÍA LIMPIA

Bacterias productoras de hidrógeno

Tiene un alto contenido energético y no genera gases de efecto invernadero
Con ese objetivo, cultivan microorganismos en el LIPATA de la Facultad de Ingeniería de la UNAM
En esta idea, que puede constituir a futuro una economía basada en ese elemento en lugar del petróleo, también trabajan, en proyectos independientes, científicos de China y Estados Unidos

Para obtener una fuente de energía que no contamine, investigadores del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas (LIPATA) de la Facultad de Ingeniería (FI) de la UNAM, cultivan bacterias que producen hidrógeno, elemento de alto contenido energético que no genera gases de efecto invernadero.

Especialista en el tratamiento de aguas residuales, Germán Buitrón Méndez, coordinador e investigador del LIPATA, ha detectado que en el proceso para limpiar el líquido, existen subproductos aprovechables para generar energía de manera sustentable y crear un ciclo que ofrece una alternativa para obtenerla sin recurrir al petróleo.

Con Christian Hernández, estudiante doctoral, Buitrón ensaya en su laboratorio del campus Juriquilla, en Querétaro. “Nos hemos enfocado a la producción que se conoce como fermentación oscura, es decir, la utilización de bacterias en esa fase de degradación para producir el hidrógeno”.

Cómo funciona

En un proceso anaerobio o de ausencia de aire, las bacterias del género Clostridium (formadoras de esporas) degradan la materia orgánica y originan ácidos grasos, dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno.

“El reto es maximizar la generación, porque las cantidades que se obtienen son bajas. Actualmente, estudiamos cómo hacer que las velocidades de producción del hidrógeno se incrementen”.

En esta idea, que puede constituir a futuro una economía basada en ese elemento en lugar del petróleo, también trabajan, en proyectos independientes, científicos de China y Estados Unidos.

Subproducto de agua residual

En el tratamiento del líquido residual por vía anaerobia, la materia orgánica, empleada como sustrato por los microorganismos, es transformada, principalmente en una mezcla de metano (CH4) y CO2, que se conoce como biogás.

La idea del proyecto es emplear ese proceso para producir hidrógeno sin llegar a la transformación del sustrato en metano.

“El principal interés en el uso del primer elemento es que no genera gases de efecto invernadero, pues como subproducto de su combustión sólo se produce agua. Además, tiene un alto poder calorífico”. El valor energético de un kilogramo de hidrógeno es equivalente al de 2.4 kilogramos de metano, ó 2.75 veces más energía que los hidrocarburos.

Aunque la materia orgánica procedente de aguas residuales es quizá insuficiente para sostener una energía global, esta forma podría ayudar a compensar, de manera sustancial, los costos del tratamiento de líquidos, especialmente aquellos con altas concentraciones de materia orgánica.

Biohidrógeno por todas partes

El biohidrógeno, es decir, el hidrógeno obtenido mediante procesos biológicos, puede ser producido por cultivos puros o mixtos de bacterias provenientes de diferentes fuentes, como suelo, sedimentos, composta, lodos aerobios y anaerobios.

Muchos organismos anaerobios pueden producir hidrógeno en ausencia de luz, a partir de los carbohidratos contenidos en residuos orgánicos. Las bacterias del género Clostridium, estrictamente anaerobias, son una excelente opción para obtenerlo a partir de la fermentación. Ésa es la razón por la que los expertos de LIPATA ensayan con ellas.

“Hemos trabajado con desechos de la industria tequilera, como las vinazas, azúcares concentrados después de destilar licor”, señaló el universitario, que se concentra en el estudio de las condiciones más adecuadas para obtener y mantener estas bacterias, de tal manera que puedan optimizar el proceso.

Bacteria Divide People Into 3 Types, Scientists Say

Este es un artículo publicado por el periodista científico Carl Zimmer en The NY Times. Muy recomendable. Prometo traducirlo

In the early 1900s, scientists discovered that each person belonged to one of four blood types. Now they have discovered a new way to classify humanity: by bacteria. Each human being is host to thousands of different species of microbes. Yet a group of scientists now report just three distinct ecosystems in the guts of people they have studied.

Blood type, meet bug type.

“It’s an important advance,” said Rob Knight, a biologist at the University of Colorado, who was not involved in the research. “It’s the first indication that human gut ecosystems may fall into distinct types.”

The researchers, led by Peer Bork of the European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, Germany, found no link between what they called enterotypes and the ethnic background of the European, American and Japanese subjects they studied.

Nor could they find a connection to sex, weight, health or age. They are now exploring other explanations. One possibility is that the guts, or intestines, of infants are randomly colonized by different pioneering species of microbes.

The microbes alter the gut so that only certain species can follow them.

Whatever the cause of the different enterotypes, they may end up having discrete effects on people’s health. Gut microbes aid in food digestion and synthesize vitamins, using enzymes our own cells cannot make.

Dr. Bork and his colleagues have found that each of the types makes a unique balance of these enzymes. Enterotype 1 produces more enzymes for making vitamin B7 (also known as biotin), for example, and Enterotype 2 more enzymes for vitamin B1 (thiamine).

The discovery of the blood types A, B, AB and O had a major effect on how doctors practice medicine. They could limit the chances that a patient’s body would reject a blood transfusion by making sure the donated blood was of a matching type. The discovery of enterotypes could someday lead to medical applications of its own, but they would be far down the road.

“Some things are pretty obvious already,” Dr. Bork said. Doctors might be able to tailor diets or drug prescriptions to suit people’s enterotypes, for example.

Or, he speculated, doctors might be able to use enterotypes to find alternatives to antibiotics, which are becoming increasingly ineffective. Instead of trying to wipe out disease-causing bacteria that have disrupted the ecological balance of the gut, they could try to provide reinforcements for the good bacteria. “You’d try to restore the type you had before,” he said.

Dr. Bork notes that more testing is necessary. Researchers will need to search for enterotypes in people from African, Chinese and other ethnic origins. He also notes that so far, all the subjects come from industrial nations, and thus eat similar foods. “This is a shortcoming,” he said. “We don’t have remote villages.”

The discovery of enterotypes follows on years of work mapping the diversity of microbes in the human body — the human microbiome, as it is known. The difficulty of the task has been staggering. Each person shelters about 100 trillion microbes.

(For comparison, the human body is made up of only around 10 trillion cells.) But scientists cannot rear a vast majority of these bacteria in their labs to identify them and learn their characteristics.

As genetics developed, scientists learned how to study the microbiome by analyzing its DNA. Scientists extracted DNA fragments from people’s skin, saliva and stool. They learned how to recognize and discard human DNA, so that they were left with genes from the microbiome. They searched through the remaining DNA for all the variants of a specific gene and compared them with known species. In some cases, the variants proved to be from familiar bacteria, like E. coli. In other cases, the gene belonged to a species new to science.

These studies offered glimpses of a diversity akin to a rain forest’s. Different regions of the body were home to different combinations of species. From one person to another, scientists found more tremendous variety. Many of the species that lived in one person’s mouth, for example, were missing from another’s.

Scientists wondered if deeper studies would reveal a unity to human microbiomes. Over the past few years, researchers have identified the genomes — the complete catalog of genes — of hundreds of microbe species that live in humans. Now they can compare any gene they find with these reference genomes.

They can identify the gene’s function, and identify which genus of bacteria the microbe belongs to. And by tallying all the genes they find, the scientists can estimate how abundant each type of bacteria is.

In the recent work, Dr. Bork and his team carried out an analysis of the gut microbes in 22 people from Denmark, France, Italy and Spain. Some of their subjects were healthy, while others were obese or suffered from intestinal disorders like Crohn’s disease. Dr. Bork and his colleagues searched for fragments of DNA corresponding to the genomes of 1,511 different species of bacteria. The researchers combined their results with previous studies of 13 Japanese individuals and 4 Americans.

The scientists then searched for patterns. “We didn’t have any hypothesis,” Dr. Bork said. “Anything that came out would be new.”

Still, Dr. Bork was startled by the result of the study: all the microbiomes fell neatly into three distinct groups.

And, as Dr. Bork and his colleagues reported on Wednesday in the journal Nature, each of the three enterotypes was composed of a different balance of species. People with type 1, for example, had high levels of bacteria called Bacteroides. In type 2, on the other hand, Bacteroides were relatively rare, while the genus Prevotella was unusually common.

“You can cut the data in lots of different ways, and you still get these three clusters,” Dr. Bork said.

Dr. Bork and his colleagues found confirmation of the three enterotypes when they turned to other microbiome surveys, and the groups continue to hold up now that they have expanded their own study to 400 people.

This article has been revised to reflect the following correction:

Correction: April 20, 2011

An earlier version of this article misstated the number of microbes relative to the number of cells in the human body. Each person shelters about 100 trillion microbes, not 10 trillion, and is made up of about 10 trillion cells, not one million.

La bacteria comecarne y el éxito del guerrero civilizado

Fig. 1 En todas las charlas científicas se utiliza el powerpoint. Son charlas de 50 minutos, en los que se pasan alrededor de 50 diapositivas. Al final de la charla se aplaude hay un turno de preguntas de entre 5 y 15 minutos. 

En el campo de la microbiología las dos primeras diapositivas siempre, y quiero decir SIEMPRE, son para demostrar al auditorio cuan mala malísima es la bacteria con la que está trabajando el que da la charla. Luego resulta que la charla versa sobre una enzima fosforilasa que controla la junta de la trócola y para nada se habla de la cura de la horrible enfermedad que provoca esa bacteria.
Es el caso de Streptococcus pyogenes, una bacteria que vive en nuestra piel y que puede causar problemas como faringitis que se pueden complicar en escarlatinas. Se le llama comecarne porque puede provocar la necrosis (muerte) de las células del tejido blando conocido como fascia, que es una capa de células que están debajo de la piel. Aunque este bacteria todavía es sensible a la penicilina cuando provoca esta fascitis necrotizante hay que eliminar el tejido dañado con cirugía. Causa entre 500 y 1000 casos al año en todo el mundo, del que el 20% son mortales. Sin embargo, ¿podemos llamarle bacteria comecarne cuando seguramente se pueda aislar Streptococcus pyogenes en la piel de cada uno de nosotros?. Está claro que lo que el investigador pretende es demostrar a la audiencia: “mirad que bacteria más mortal y cuan importante es el trabajo que yo hago”, es lo que en castizo se llama “arrimar el ascua a la sardina”.

“Arrimar el ascua a mi sardina” 

 En eso consiste gran parte del esfuerzo de los científicos. No llega con hacer tu trabajo. Imagínate. Trabajas 40 horas a la semana, concentrado, a buen ritmo. Publicas un artículo cada dos años. Hay personas de tu misma edad que en dos años publican 10 artículos. ¿Es que trabajan 400 horas? pues no. Publican más porque son más eficaces, dominan el arte de arrimar el ascua a su sardina. El trabajo no acaba en esas 40 horas. Hay que tener buena relación con los miembro de tu laboratorio y laboratorios afines, así se consiguen colaboraciones: yo trabajo un poquito en tu proyecto y tu en el mío, así yo iré en tu artículo y viceversa. Es importante trabajar en técnicas y proyectos que te permitan meterte en el trabajo de otros. Por ejemplo si yo consigo un mutante luego vendrán a pedírmelo y yo lo cederé con la promesa de ir en ese artículo. Llevarse bien con el jefe, conseguir entrar en el proyecto “sexy” o importante del laboratorio. Ir a los congresos, hablar con los capos científicos, empatizar con ellos porque serán los que al final corrijan tus artículos. Hay una amplia panoplia de movimientos que se pueden hacer para ser eficaz y hacer que tus 40 horas de trabajo cundan como 400.

El joven científico aprende desde el primer momento a “arrimar el ascua a su sardina”. Los hay más exitosos y ese éxito los va consolidando en su puesto de trabajo. Con cuarenta años tienen ya plaza propia y a partir de ahí el resto de su vida laboral es un suma y sigue. Es bastante alucinante asistir a los congresos y ver a los grandes capos de 55 y 60 años rodeados de dos o tres investigadores jóvenes que decididamente quieren ser como ellos. Ver como uno de estos capos viene a hablar con otro capo que está hablando contigo y se lo lleva del brazo para que vea su póster pasando ambos olímpicamente de ti. Te preguntas ¿pero a estas alturas, a esta gente le hace falta hacer este tipo de cosas?. La respuesta es que no saben hacer otras. Tienen 65 años y siguen haciendo aquello que saben hacer bien. Tienen 400 artículos y todavía les hace ilusión tener uno más. Es meritorio en cierto sentido.
¿Cuáles son las consecuencias de esta dinámica?: hay campos como la patogénesis microbiana en donde hay 40 laboratorios, es decir, 40 capos que publican prácticamente en todas las revistas buenas constantemente. Lo mismo ocurre con los congresos. El jefe de un laboratorio bien posicionado viaja cada 10 días a un congreso donde vuelve a exponer una y otra vez los mismos trabajos.

Fig. 2. La mejor obra de Pierre Clastres

¿Es buena para la ciencia la sobreproducción? 

Los indios Yanomami del Amazonas resolvieron este problema de la siguiente forma. Para evitar que ciertos guerreros acumularan poder los obligaban a superar en cada batalla sus gestas. Si, por ejemplo, habían matado a dos enemigos, en la siguiente batalla debían matar al menos tres. La propia tribu los rechazaba, o al menos no revalidaba su gloria si no era capaz de superarse. Esto es lo que cuenta el antropólogo francés Pierre Clástres en el capítulo “la desgracia del guerrero salvaje” de su libro “La sociedad contra el estado”. ¿Se imaginan? en vez de darles premios, reconocimientos y honores se les exigiría arriesgarse en donde nadie se había arriesgado antes. Enunciar hipótesis atrevidas con el alto riesgo consabido de fracaso. ¿Les serviría ese fracaso de algo?, ¿serviría a la ciencia como empresa?.

Fig. 3. Los yanomami son indígenas del norte de Brasil y sur de Venezuela

Soporte genético, el futuro de la información

Publicado hoy por Javier Yañez en Público

Puede que el biólogo y magnate de la genética J. Craig Venter haya conseguido emular a Dios o hackear la naturaleza, como tantas veces se ha cacareado desde que el estadounidense lograra, hace casi un año, reiniciar una célula vacía con un genoma sintético. Pero otra cosa muy distinta, que ni alguien tan poderoso como Venter podría soñar, es burlar los derechos de autor. Su atrevimiento fue citar a James Joyce en el ADN de su bacteria frankenstein. Y la respuesta del heredero del escritor, reclamar por uso ilícito.

El ADN consta de un código de cuatro letras que la maquinaria celular lee de tres en tres. Cada una de las 64 combinaciones posibles codifica, con redundancias, uno de los 20 aminoácidos de las proteínas. Dado que los aminoácidos se abrevian con una letra, con esos 20 caracteres y reemplazando los restantes se puede convertir cualquier texto a una cadena de A, T, C y G.

Craig Venter insertó frases de Joyce y Feynman en el ADN de su bacteria

Con estas reglas, y a la hora de diseñar el cromosoma artificial para su bacteria, Venter insertó marcas de agua, unas secuencias chivato para distinguir su ADN del original. En estas etiquetas genéticas incluyó tres citas de personajes célebres que ilustran el espíritu del proyecto. Una de ellas pertenece al físico Richard Feynman: "Lo que no puedo construir, no lo puedo entender". Otra se extrajo de Retrato del artista adolescente, la novela de inspiración autobiográfica de James Joyce: "Vivir, errar, caer, triunfar, recrear la vida a partir de la vida".
Erratas y protestas

El proyecto triunfó y la bacteria de Venter vive. Pero el científico ha reconocido en una conferencia en Austin (EEUU) que su elección de citas no fue muy afortunada, según relató el periodista David Ewalt en su blog de Forbes. La primera sorpresa llegó por carta con remite de Caltech, el instituto tecnológico californiano donde Feynman acuñó su frase. La misiva contenía la prueba de que la cita era errónea: una foto de la pizarra en la que el Nobel había escrito, blanco sobre negro, "lo que no puedo crear, no lo entiendo". Venter confesó que había tomado la cita de internet.

Científicos chinos creen que se podrán almacenar incluso vídeos en una célula

El segundo disgusto lo provocó Stephen Joyce, nieto del autor de Ulises, al transmitir a Venter su "decepción" por el uso no autorizado de la cita. Por fortuna, según comunicó el Instituto J. Craig Venter, parece que el berrinche no llegará a los tribunales. En cuanto al error de Feynman, "se corregirá en la célula sintética", aseguró la entidad.

Pero más allá de la anécdota, ¿es el ADN un soporte viable para almacenar información? El biólogo y divulgador Carl Zimmer alerta de que, con el tiempo, las mutaciones irán alterando el mensaje hasta dejarlo "irreconocible". "La evolución es el gran enemigo", advierte en su blog. Además, se necesitaría un sistema más complejo de encriptación que comprendiera no sólo el alfabeto entero, sino cualquier información digital.

Un equipo de investigadores ha afrontado estos retos. En la última edición del concurso de biología sintética iGEM del Instituto Tecnológico de Massachusetts, científicos de la Universidad China de Hong Kong presentaron un sistema que traduce cualquier texto, previa conversión en caracteres ASCII, a un formato cuaternario que se transforma en una secuencia de ADN y finalmente se comprime. La cantidad de material genético que una bacteria puede albergar es limitada, pero si el texto es largo basta con aumentar el número de bacterias. Por ejemplo, la Constitución Española se codificaría en 139.262 bases (las letras del ADN) repartidas en 175 bacterias, un número insignificante. Los autores apuntan que un gramo de células guardaría la misma información que 450 discos duros de 2.000 gigabytes.

¿Suena a ciencia ficción? El trabajo demuestra que "los principios fundamentales son factibles", dijo a AFP el director del trabajo, Chan Ting Fung. Aldrin Yim, uno de los creadores del sistema, predice que "será posible guardar grandes cantidades de datos a largo plazo en una caja de bacterias en la nevera". Y no se refiere sólo a textos, sino a cualquier archivo digital binario. Los científicos atisban un futuro en el que las bacterias conservarán imágenes, música o vídeos, que podrán reproducirse con un equipo que extraiga el ADN, lo secuencie y lo descodifique. "Y las bacterias no se pueden hackear", afirman. Pero eso sí: los derechos de autor se seguirán aplicando.

Video transferencia horizontal

Magnífico video

Los virus que parasitan bacterias (vídeo en portugués)

Fantástico vídeo

La "bacteria feliz" en portugués

Me ha encantado este video.

Microorganismos "comecarne"

Fue en febrero del año 2000 cuando los médicos diagnosticaron a este guardia de seguridad Mark Tatum de 45 años murcormicosis, una extraña infección provocada por este hongo.

A gran velocidad, se extendió por los vasos sanguíneos de la cara bloqueando el flujo hacia la nariz, la boca y el cerebro.

Frente a la opción de esperar a morir, los médicos le sometieron a una delicada operación para extirparle los órganos de la cara y casi todo el rostro. Sin ojos ni boca, alimentado por un tubo, y medio paralizado por los infartos cerebrales, Tatum volvió a su hogar donde se recluyó sin querer que nadie lo viese. El laborioso proceso de la prótesis facial de silicona que le ha devuelto a la vida comenzó con la creación del paladar en la parte que fue su boca. Tenia prótesis, ojos de cristal y cejas injertadas de su cabello. Finalmente murió en el año 2005 .

La bacteria comecarne vuelve a hacer de las suyas

El estreptococo es una bacteria totalmente normal de la faringe, y de la piel. El tipo tuvo la mala suerte de sufrir una fascitis necrosante, que es una de las complicaciones mas graves, pero mas infrecuentes de esta bacteria. Todos, y repito, TODOS hemos tenido alguna ves una lastimadura o un grano, que tenga pus... bueno, eso es seguramente por S. pyogenes. Ahora la pregunta es ¿Por qué se desarrolla este tipo de complicación en algunas personas?. La pregunta se contestará en próximas entregas...

Superbacterias flotan en las aguas de Nueva Delhi

Artículo de María Valerio, publicado hoy en el diario El Mundo

Fotografía de microscopía electrónica de una bacteria Escherichia coli. Los colores que se observan son "artificiales" generados por ordenador para que la foto se entienda mejor. Por ahora, el microscopio electrónico sólo distingue blancos, negros y grises.


La bautizaron como NDM-1 por su origen en Nueva Delhi y ahora la ciencia vuelve a mirar a la gran urbe india para advertir sobre los riesgos de esta nueva mutación capaz de conferir resistencia a los antibióticos de un amplio número de bacterias. Los mismos autores que ya alertaron de su aparición hace unos meses acaban de demostrar que estas 'super cepas' campan a sus anchas en el agua de la capital india.

El gen NDM-1 (siglas de metalo-beta-lactamasa de Nueva Delhi) fue descubierto en agosto de 2010 por un grupo de científicos británicos. Se trata de una mutación que permite a numerosas bacterias zafarse de la acción de los antibióticos más comunes y eficaces.

Hasta ahora, las bacterias resistentes se habían descubierto en viajeros occidentales que se habían sometido a algún procedimiento quirúrgico en la India o en otros países (de los Balcanes, por ejemplo), incluido un caso en España.

Sin embargo, como publica esta semana la revista 'The Lancet' el mismo equipo dirigido por Timothy Walsh (de la Universidad de Cardiff) ha demostrado que las bacterias NDM-1 están ampliamente presentes en varios suministros de agua a 12 kilómetros a la redonda de Nueva Delhi, lo que aumenta la probabilidad de otras formas de contagio diferentes a la hospitalaria. Por ejemplo, mediante el consumo de agua contaminada. Esto explicaría, añaden, los casos de bacterias resistentes descubiertas en algunos viajeros occidentales que no habían pisado ningún hospital en la India.

Walsh y su equipo (acompañados por reporteros de la cadena de televisión Channel 4) recogieron cientos de muestras de agua, tanto del grifo, como de otras fuentes callejeras (como filtraciones, riachuelos y depósitos). El gen NDM-1 se localizó en dos de las 50 muestras tomadas del grifo y en 51 de las 171 tomadas de la calle.

En total, esta nueva forma de resistencia a los antibióticos estaba presente en 14 especies de bacterias diferentes, algunas de las cuales nunca hasta ahora habían dado muestra de esta mutación. Y especialmente preocupa a los investigadores su hallazgo en patógenos causantes del cólera y la disentería, lo que puede tener importantes implicaciones de salud pública en una ciudad con graves dificultades en el acceso al agua corriente.

De hecho, en un editorial en la misma revista, Mohd Shahid, de la universidad Aligarh Muslim (en la India), reconoce las importantes implicaciones de este hallazgo en un país donde 650 millones de personas carecen de agua corriente. Aunque también recomienda la necesidad de extender la vigilancia a los vecinos Paquistán y Bangladesh, donde se desconoce la extensión de esta nueva mutación-.

La resistencia a los antibióticos asusta mucho

La prensa anglosajona se hace eco del problema de la resistencia a los antibióticos. Ahora aparece una cepa de la bacteria Klebsiella en un hospital de North Carolina resistente a los antibióticos carbapenémicos, que son penicilinas sintéticas de última generación y en muchos casos la última barrera terapeutica contra las bacterias. Esto quiere decir que en caso de enfermar con una de estas Klebsiellas se te tienen que administrar otros antibióticos que generalmente son tóxicos para el hígado, por lo que no se emplean en clínica.