METALOTOLERANTES

METALOTOLERANTES

Los metal tolerantes son organismos capaces de sobrevivir en medios con altas concentraciones de metales pesados como Zn, Cd, Co, Pb, Cu, Ni, Cr, entre otros.

Estos organismos, colonizan los sedimentos, los suelos o las basuras industriales con alto contenido de metales pesados.

La toxicidad de los metales pesados es muy alta. Su acción directa sobre los seres vivos ocurre a través del bloqueo de las actividades biológicas, es decir, la inactivación enzimática por la formación de enlaces entre el metal y los grupos -SH (sulfhidrilos) de las proteínas, causando daños irreversibles en los diferentes organismos.

- Si los microbios necesitan de ciertos metales para su desarrollo, el hierro por ejemplo, otros por lo general les resultan nefastos, como el oro o la plata, esta última cada vez más utilizada por sus propiedades bactericidas.

Importancia biológica (sulfhidrilos)

Dado que es el grupo funcional del aminoácido cisteína, el grupo tiol desempeña un papel importante en los sistemas biológicos. Cuando los grupos tiol de dos residuos de cisteína (como en monómeros o unidades constituyentes) se acercan uno al otro durante el plegamiento de proteínas, una reacción de oxidación puede crear una unidad de cistina con un enlace disulfuro (-S-S-). Estos pueden contribuir a la estructura terciaria de una proteína si las císteinas forman parte de una misma cadena peptídica o contribuir a la estructura cuaternaria de proteínas multiméricas formando fuertes enlaces covalentes entre diferentes cadenas de péptidos. Por ejemplo las cadenas pesadas y ligeras de los anticuerpos se mantienen unidas por puentes disulfuro y los pliegues en el pelo rizado son producto de la formación de cistina. Los productos químicos utilizados en el alisamiento del cabello son reductores de puentes disulfuro de cistina a cisteína con grupos sulfhidrilo libres, mientras que los productos químicos utilizados en el cabello rizado son oxidantes que oxidan los grupos sulfhidrilo de la cisteína y forman puentes disulfuro de cistina. Los grupos sulfhidrilo en el sitio activo de una enzima pueden formar enlaces no covalentes con la enzima y el sustrato, lo que contribuye a la actividad catalítica. Los residuos de cisteína del sitio activo son la unidad funcional en proteasas de cisteína.

La cisteína ( abreviada como Cys o C) es un α-aminoácido con la fórmula química HS-CH2-CHNH2-COOH. Se trata de un aminoácido no esencial, lo que significa que puede ser sintetizado por los humanos. Los codones que codifican a la cisteína son UGU y UGC. La parte de la cadena donde se encuentra la cisteína es el tiol que es no polar y por esto la cisteína se clasifica normalmente como un aminoácido hidrofílico. La parte tiol de la cadena suele participar en reacciones enzimáticas, actuando como nucleófilo. El tiol es susceptible a la oxidación para dar lugar a puentes disulfuros derivados de las cisteína que tienen un importante papel estructural en muchas proteínas. La cisteína también es llamada cistina, pero esta última se trata de un dímero de dos cisteínas a través de un puente disulfuro.

Metallidurans Cupriavidus

Bacterias (dominio)

Cupriavidus (género)

Metallidurans Cupriavidus (previamente Ralstonia metallidurans ) tipo CH34 es un Gram-negativa, bacteria, móviles, no de esporas en forma de barra, conocida por su capacidad de resistir a los metales pesados tóxicos; metallidurans literalmente se traduce a "metal duradero”.

Estructura del genoma

El genoma de C. metallidurans comprende dos cromosomas circulares (conocidas como CHR1 y CHR2), así como dos megaplasmids circulares (pMOL28 y pMOL30).

De los dos megaplasmids, pMOL28 tiene una isla genómica para la resistencia del metal y contiene genes implicados en la resistencia a Co (II), Cr (VI), Hg (II), y Ni (II). pMOL30 tiene dos islas genómicas y contiene genes implicados en la resistencia a la Ag (I), Cd (II), Co (II), Cu (II), Hg (II), Pb (II), y Zn (II).

*plásmidos: Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras.

METABOLISMO

C. metallidurans es un anaerobio facultativo que puede someterse a la fosforilación oxidativa regular, pero cuando hay un acceso limitado a oxígeno en el medio ambiente, C. metallidurans también es capaz de reducir el nitrato, pero no nitrito, C. metallidurans es incapaz de crecer en glucosa, fructosa, galactosa, porque carece de sistemas de captación de glucosa suficientes. Se puede, sin embargo, la producción de energía mediante la asimilación de algunos derivados de azúcar-ácido que, a través de una cadena de vías, va a terminar la producción de dos moléculas de piruvato cada uno para alimentar en el ciclo del TCA o otros ciclos relacionados. Cuando las fuentes de carbono orgánico son inalcanzables, C. metallidurans pueden llegar a ser autótrofa mediante la fijación y la reducción de CO 2 para sintetizar moléculas orgánicas, y tiene la capacidad de oxidar los compuestos de azufre inorgánicos, así como de gas de hidrógeno para obtener electrones.

*fosforilacion oxidativa: La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosina trifosfato (ATP). Se le llama así para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas "a nivel de sustrato". Se calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida de esta forma.

*anaerobio facultativo: Dícese del microorganismo que tolera la falta de oxígeno aunque su principal fuente de energía la obtiene de la respiración aeróbica.

Metallidurans Cupriavidus y BIOTECNOLOGIA

Las capacidades metabólicas y resistentes de metales pesados de C. metallidurans lo convierten en un candidato excelente para muchas aplicaciones biotecnológicas en el que las fuentes de nutrientes son limitadas y las condiciones son desfavorables para la mayoría de los organismos.

- Una de estas áreas es la descontaminación de las aguas residuales que contienen metales pesados. Mediante el uso de un filtro de arena inoculados con C. metallidurans, se puede eliminar estos contaminantes del agua para que puedan ser reciclados. En primer lugar, las partículas de arena se inocularon con las bacterias y ponen en contacto con el agua residual contaminada. Las bacterias unidas a la partícula de arena precipitan los metales pesados disueltos en forma sólida en su membrana o en el citoplasma. Entonces se retira la biomasa de metal con pasaje y el agua está libre de contaminantes.

- Los biosensores son dispositivos que utilizan sistemas biológicos para detectar compuestos específicos; la unión del sensor, que es por lo general una enzima, resulta en un cambio medible. Debido a la especificidad de los múltiples productos de genes que están regulados en C. metallidurans cuando se expone a oro, esta bacteria es un candidato prometedor para su uso como un biosensor. Se podría utilizar teóricamente estas proteínas-oro específico para detectar de inmediato y cuantificar las concentraciones de oro en muestras ambientales. Esto ahorraría mucho tiempo y dinero, y ser de beneficio significativo en la industria de la minería de oro.

- Hace varios años un grupo investigador australiano aisló dicha bacteria de la superficie de pepitas de oro. Lo que les llamó la atención es que dicho microorganismo podía aislarse en explotaciones auríferas que estaban alejadas entre sí por más de 3.500 kilómetros. Sin embargo no se comprendía muy bien por qué dicha bacteria colonizaba tan preciado metal. Ahora el misterio parece haber sido resuelto.

Los iones metálicos son unos tóxicos muy potentes porque suelen actuar como inhibidores enzimáticos. Además, los iones metálicos son solubles en agua. Pero muchos microorganismos son capaces de resistir la acción de dichos iones de una forma muy simple. Reducen el ion y de esa forma el metal pasa a tener carga neutra, es decir, pasa a estado metálico y en esa forma suele precipitar.

Algo similar se ha observado en este caso. Se preparó una solución de complejos de hidroxicloruro conteniendo el ion de oro: Au III. Dichos complejos son bastante tóxicos. C. metallidurans respondía acumulando rápidamente dicho compuesto en su interior. Lo siguiente que se observó es que se inducía una serie de genes para resistir el stress oxidativo y las altas concentraciones de metales pesados. Se producían entonces una serie de reacciones bioquímicas que provocaban la reducción del oro y la precipitación en forma de nanopartículas de oro metálico (Au 0).

Microfotografía electrónica de transmisión de C. metallidurans conteniendo una nanopartícula de oro en el periplasma (punto negro debajo de Au-particle). A la derecha se observa una microfotografía electrónica de barrido de un biofilm conteniendo partículas de oro. El espectro situado en la esquina inferior izquierda muestra la composición de dicho biofilm (Fuente Reith et al. PNAS 2009)

La hipótesis que se baraja es que esas nanopartículas de oro serían los embriones de las famosas y pepitas de oro tan deseadas por los típicos buscadores que aparecen con sus cedazos en películas como "La leyenda de la Ciudad sin Nombre" o en "La quimera del oro". Es decir, esta bacteria está implicada en el ciclo biogeoquímico de un metal precioso. Lo más interesante que han encontrado es que hay una serie de genes en dicha bacteria que se activan exclusivamente por la presencia

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