El cianuro es una sustancia química altamente tóxica utilizada por las industrias de minería y joyería, que usan este producto químico para recuperar metales preciosos como el oro o la plata. En este sentido, el grupo de investigación Metabolismo del Nitrógeno en Bacterias (Grupo BIO-117) de la Universidad de Córdoba lleva 15 años estudiando la bacteria Pseudomonas pseudoalcaligenes y su papel en la biodegradación del cianuro en aguas residuales de estas industrias. Gracias a la metabolización del cianuro que realiza esta bacteria, que lo utiliza como fuente de nitrógeno para su crecimiento, la Universidad de Córdoba ha aportado una herramienta eficaz para la depuración.
El proceso de metabolización del cianuro se produce a través de un mecanismo de respiración insensible al cianuro que utiliza la bacteria, en el que se genera oxalacetato. Este es un importante compuesto intermediario en múltiples rutas metabólicas que reacciona químicamente con el cianuro para formar una cianhidrina (o nitrilo), el cual se metaboliza a través de una enzima (la nitrilasa NitC). De esta forma, se produce amonio y un derivado carboxílico, y el amonio es posteriormente asimilado por la bacteria como fuente de nitrógeno para su crecimiento. Esta bacteria es capaz de tolerar concentraciones muy elevadas de cianuro, en las que otras no sobrevivirían. Todo ese proceso ha sido difundido a la sociedad en un trabajo publicado recientemente por el equipo de investigación cordobés en la revista ‘EMBO Reports’.
En el año 2005, este equipo de investigación tomó muestras de agua en un punto del río Guadalquivir donde había determinados vertidos cianurados. “Nuestra forma de operar es ir donde sospechamos que existe una contaminación. Siempre que hay un residuo creemos que puede haber un microorganismo que tiene su metabolismo adaptado para utilizarlo como nutriente para sobrevivir”, expone la catedrática del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UCO e investigadora del grupo María Dolores Roldán. Las muestras que tomaron fueron llevadas al laboratorio, se aislaron y se cultivaron en medios mínimos para bacterias, poniéndoles como única fuente de nitrógeno para su crecimiento el cianuro. “Entonces, creció algo. La bacteria Pseudomonas pseudoalcaligenes”, añade.
Un análisis de 360º
Una vez identificada la bacteria, el grupo procedió a la secuenciación de su genoma y pudieron observar el gran potencial que tenía en relación a sus capacidades metabólicas de degradación y eliminación de contaminantes del medioambiente. “A partir de ahí, ya empezamos a aplicar técnicas moleculares y técnicas ómicas. Estas últimas son muy potentes, porque permiten identificar qué componentes de la célula están participando y a través de qué rutas metabólicas se está eliminando ese residuo del medio ambiente”, explica la catedrática María Dolores Roldán. Las técnicas ómicas permiten tener una visión global de cómo se integra todo el sistema y qué está funcionando para que se degrade ese contaminante. “Imagina ver un restaurante desde el techo, donde estás viendo cada uno de los comensales, el metre, al cocinero, los camareros, etc. Cada uno de ellos representaría a las enzimas, los reguladores, los componentes no proteicos, es decir, cada una de las partes integrantes del proceso de degradación”, concluye.
El catedrático de la UCO e investigador principal del grupo, Conrado Moreno Vivián, propone el ejemplo de una visión global como la de un dron que sobrevuela Córdoba desde una perspectiva donde se integran todas las calles y se puede ver lo que sucede en cada una. “Esa visión global de dron es la que te da la relación de todo. Las técnicas ómicas permiten conocer la relación que puede haber entre los distintos procesos que nos va a permitir entender bien cómo funcionan esos microorganismos para resolver cualquier problema”, comenta.
Otras de las técnicas que este equipo de investigación ha aplicado y continúa estudiando son las metaómicas, las cuales permiten conocer los componentes que están funcionando para la degradación de contaminantes in situ, sin necesidad de cultivar los microorganismos. En este sentido, lo que buscan son los componentes que esos microorganismos están utilizando en el suelo, en el medioambiente, en su caso, para el cianuro. Según indica la catedrática María Dolores Roldán, “el 99% de los microorganismos no son cultivables, pero ya no es necesario que aislemos la bacteria, sino que, incluso, en una población muy extensa, muy heterogénea y diversa, donde hay miles o millones de bacterias, se puede determinar qué procesos están ocurriendo, cuántos organismos lo están haciendo, qué relaciones hay entre ellos para degradar el cianuro y cuál sería el más eficaz”, afirma el catedrático Conrado Moreno.
Cada una de las técnicas que se han aplicado en la investigación, junto con las herramientas bioinformáticas de recopilación y análisis de datos, se unen formando la denominada biología de sistemas. “Se trata de la integración de toda la información masiva que se ha obtenido, es decir, todos los componentes moleculares y celulares que van a actuar en un proceso de degradación o de detoxificación de un residuo cianurado”, afirma la investigadora María Dolores Roldán. Gracias a estas técnicas, es posible modificar genéticamente esta bacteria para hacerla más resistente y aún más eficaz en el proceso de degradación del cianuro (biología sintética), para de esta forma poder dar el salto a la aplicación industrial de la descontaminación de vertidos.
Este trabajo es parte del proyecto RTI2018-099573-B-100 financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (España) y fondos FEDER (UE), y el proyecto P18-RT-3048 de la Junta de Andalucía.
Referencia
Roldán MD, Olaya-Abril A, Sáez LP, Cabello P, Luque-Almagro VM, Moreno-Vivián C. Bioremediation of cyanide-containing wastes: The potential of systems and synthetic biology for cleaning up the toxic leftovers from mining. EMBO Rep. 2021 Nov 4;22(11):e53720. doi: 10.15252/embr.202153720. Epub 2021 Oct 20. PMID: 34672066; PMCID: PMC8567216