Biomineralización de oro en biofilms de Cupriavidus metallidurans: Historia de una bacteria que vale oro

Una de las preguntas que uno puede plantearse es: ¿Hasta dónde pueden llegar las aplicaciones de los microorganismos? Sabemos que éstos son utilizados en numerosas actividades industriales, como son la producción de alimentos y medicamentos, e incluso la extracción de metales. En esta última aplicación nos encontramos con Cupriavidus metallidurans, una bacteria con la sorprendente capacidad de precipitar oro presente en disolución (soluble) en su forma mineral (insoluble) por un proceso de biomineralización en biofilms, es decir, puede solidificar el oro en disolución cuando convive con otros microorganismos, ya sean de la misma especie u otra distinta (como Delftia acidovorans, que también bioprecipita el oro pero lo hace con una sustancia especial, la delftibactina).

Nanopartículas (flecha azul) y complejos de oro (flecha roja). Fuente

C. metallidurans con una partícula de oro en el periplasma. Fuente

Al leer esto, puede pensar si es posible hacerse rico consiguiendo una de estas bacterias, pero esto no es tan fácil: C. metallidurans solo permite obtener una concentración extremadamente pequeña de este metal precioso a partir de una disolución de oro, y tampoco se sabe con certeza si su aplicación en un proceso industrial podría ser rentable o no, en comparación con la consolidada y contaminante industria del oro, que utiliza compuestos de cianuro para su extracción.

De momento, los experimentos recientes indican que la obtención de biominerales de oro por precipitación de complejos de oro en disolución con C. metallidurans es eficiente, además de que el proceso bacteriano favorece la detoxificación o eliminación de metales pesados que resultan tóxicos para los microorganismos y contaminan el medio. Debido a la disposición de las bacterias resistentes en biofilms, es posible acumular una gran cantidad de metales sin que éstos resulten perjudiciales.

En la composición de estos biofilms, destacan unas sustancias denominadas EPS (Extracellular Polymeric Substances), que favorecen el desarrollo del biofilm, permitiendo la adhesión a superficies, la agregación celular y la protección frente a condiciones tóxicas.

Biofilm con partículas esferoidales de oro metálico. Fuente

En relación al estudio realizado, éste puede llegar a resultar complejo de entender, pero simplemente se basa en demostrar lo siguiente:

• La capacidad de los biofilms viables de C. metallidurans de precipitar partículas de oro metálico, en presencia de complejos de Au (I).
• La mayor eficiencia en la conversión de oro en biofilms viables que en controles estériles y abióticos, es decir, sin microorganismos.
• La obtención de biominerales de oro similares a los granos de oro naturales.

Para ello, se analizó la retención de oro en distintas situaciones. Con biofilms viables, en los que se inocularon los microorganismos y se dejaron crecer, se retuvo oro en más de un 99% en peso, como consecuencia de la acción biomineralizadora de éstos. En cambio, tanto en medios estériles, que fueron expuestos a las bacterias y esterilizados posteriormente, como en medios abióticos, en los que no se inocularon las bacterias, se retuvo menos de un 30% en peso, después de un mes de incubación. Todo esto se traduce en que C. metallidurans, organizado en biofilms, podía bioprecipitar el oro soluble de un modo eficiente y, con ello, acumularlo en determinadas zonas del biofilm.

A medida que se produce la biomineralización, tiene lugar un hecho curioso, denominado efecto nugget. Éste se basa en la afinidad que tienen las partículas de oro para formar agregados, lo que finalmente origina la encapsulación y reemplazo de las bacterias.

Retención de oro en biofilms viables y en medios control (estériles y abióticos). Fuente

Segmento de 20 mm de un biofilm de C. metallidurans, en el que el oro se distribuye en función de la actividad microbiana: El oro se concentra en zonas con elevada actividad microbiana. Fuente

El uso de este tipo de microorganismos resistentes a los metales pesados tiene numerosas aplicaciones en biominería. Un claro ejemplo es BioSigma que, creada por Codelco, se dedica a la biolixiviación de cobre (proceso contrario a la biomineralización).

Además, pueden ser utilizados en biorremediación. En la explotación minera de cobre, plata y oro, se libera mercurio al medio ambiente, por lo que estos microorganismos pueden ayudar a conseguir una minería sostenible.

En definitiva, solo queda esperar y ver si el proceso industrial de Cupriavidus metallidurans realmente puede valer oro o se queda en el intento.

Trabajo realizado por

Ana María Aguilar García

Óscar Herrera Chacón

Jesús Hurtado Tamayo

César Martínez Guardiola

Álvaro Más Martínez de Tejada

Fabio Mucci Lozano

Bibliografía

Fairbrother L, Etschmann B, Brugger J, Shapter J, Southam G, Reith F.

Biomineralization of gold in biofilms of Cupriavidus metallidurans

Environmental Science & Technology. 2013 Mar 19;47(6):2628-35. doi: 10.1021/es302381d