El proceso por el que las cianobacterias toman nutrientes de las rocas del desierto de Atacama ha inspirado formas en que los microbios podrían ayudar a construir colonias en la Luna y Marte.
Investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UCI (Universidad de California Irvine) y del Departamento de Biología de la Universidad Johns Hopkins utilizaron microscopía electrónica de alta resolución y técnicas avanzadas de imagen espectroscópica para comprender con precisión cómo modifican los microorganismos tanto los minerales naturales como las nanocerámicas fabricadas sintéticamente.
Un factor clave, según los científicos, es que las cianobacterias producen biopelículas que disuelven las partículas de óxido de hierro magnético dentro de las rocas de yeso, transformando posteriormente la magnetita en hematita oxidada.
Los hallazgos del equipo, que son objeto de un artículo publicado en la revista Materials Today Bio, podrían proporcionar una vía para nuevos métodos biomiméticos de minería. Los autores también afirman que ven los resultados como un paso hacia el uso de microorganismos en la impresión 3D a gran escala o la fabricación aditiva a una escala útil para la ingeniería civil en entornos hostiles, como los de la Luna y Marte.
"A través de un proceso biológico que ha evolucionado a lo largo de millones de años, estos minúsculos mineros excavan rocas y extraen los minerales esenciales para las funciones fisiológicas, como la fotosíntesis, que les permiten sobrevivir", explica en un comunicado David Kisailus, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UCI.
"¿Podría el ser humano utilizar un método bioquímico similar para obtener y manipular los minerales que consideramos valiosos? Este proyecto nos ha llevado por ese camino".
El desierto de Atacama es uno de los lugares más secos e inhóspitos de la Tierra, pero Chroococcidiopsis, una cianobacteria hallada en muestras de yeso recogidas allí por el equipo de la Johns Hopkins, ha desarrollado "las adaptaciones más asombrosas para sobrevivir a su hábitat rocoso", afirma la coautora Jocelyne DiRuggiero, profesora asociada de biología de la universidad de Baltimore.
"Algunos de esos rasgos incluyen la producción de clorofila que absorbe fotones del rojo lejano y la capacidad de extraer agua y hierro de los minerales circundantes", añadió.
Utilizando microscopios electrónicos avanzados e instrumentos espectroscópicos, los investigadores hallaron pruebas de la presencia de microbios en el yeso observando cómo se transformaban los propios minerales que contenían.
"Las células de cianobacterias promovieron la disolución de la magnetita y la solubilización del hierro mediante la producción de abundantes sustancias poliméricas extracelulares, lo que condujo a la disolución y oxidación de la magnetita a hematites", explicó DiRuggiero.
"La producción de sideróforos (compuestos fijadores de hierro generados por bacterias y hongos) aumentó en presencia de nanopartículas de magnetita, lo que sugiere su uso por las cianobacterias para adquirir hierro de la magnetita".
Kisailus dijo que la forma en que los microorganismos procesan los metales en su desolado hogar le hizo pensar en nuestras propias prácticas mineras y de fabricación.
"Cuando extraemos minerales, a menudo nos encontramos con menas --material natural del que se pueden extraer minerales o metales con beneficio económico-- que pueden plantear problemas para la extracción de metales valiosos", explica. "A menudo tenemos que someter estos minerales a un procesamiento extremo para transformarlos en algo de valor. Esa práctica puede ser costosa monetaria y medioambientalmente".
Kisailus dijo que ahora está sopesando un enfoque bioquímico que utilice análogos naturales o sintéticos de los sideróforos, enzimas y otras secreciones para manipular minerales donde actualmente sólo funciona una gran trituradora mecánica. Y dando un salto más allá, dijo que también podría haber una forma de conseguir que los microorganismos emplearan capacidades bioquímicas similares para producir un material manipulado a demanda en lugares poco convenientes.
"Yo lo llamo 'formación lunar' en lugar de terraformación", dijo Kisailus. "Si se quiere construir algo en la Luna, en lugar de tener que recurrir a personas para ello, se podrían utilizar sistemas robóticos que imprimieran en 3D el material y luego los microbios lo reconfiguraran en algo de valor. Esto podría hacerse sin poner en peligro vidas humanas".
