Alcanivorax borkumensis es una bacteria marina que degrada alcanos , que se propaga naturalmente y se vuelve predominante en el agua de mar que contiene petróleo crudocuando se complementa con nutrientes de nitrógeno y fósforo . [2] [3]
A. borkumensis es una bacteria con forma de bastón sin flagelos que obtiene su energía principalmente del consumo de alcanos (un tipo de hidrocarburo ). Es aeróbica , lo que significa que utiliza oxígeno para obtener energía, y es halófila , lo que significa que tiende a vivir en entornos que contienen sal, como el agua salada del océano. También es gramnegativa , lo que esencialmente significa que tiene una pared celular relativamente delgada. También es inmóvil; sin embargo, otros organismos que parecen estar en el mismo género son móviles a través de flagelos . [4] [1]
El microorganismo fue descubierto cerca de la isla de Borkum (de ahí el epíteto borkumensis ) por el Centro Helmholtz de Investigación de Infecciones y la Universidad Técnica de Braunschweig [5] y en 2006, ellos y la Universidad de Bielefeld identificaron la secuencia base del genoma de la bacteria. [6]
El genoma de A. borkumensis es un único cromosoma circular que contiene 3.120.143 pares de bases. Está muy adaptado a la degradación del petróleo . Por ejemplo, una determinada secuencia del genoma codifica la degradación de una determinada gama de alcanos. El genoma de A. borkumensis tiene muchas secuencias que codifican cada una un tipo diferente de alcano, lo que le permite ser muy adaptable y versátil. Su genoma también contiene instrucciones para la formación de biosurfactantes que ayudan en el proceso de degradación. Para hacer frente a las amenazas externas, el genoma de A. borkumensis también codifica varios mecanismos de defensa. Hacer frente a altas concentraciones de iones de sodio (es decir, en el agua del océano) y protegerse contra la radiación ultravioleta que se experimenta en la superficie de la tierra son dos aspectos importantes para la bacteria A. borkumensis , y su genoma contiene formas de resolver ambos problemas. [7]
A. borkumensis se encuentra de forma natural en ambientes marinos. Es más común en áreas oceánicas que contienen petróleo (ya sea de derrames, campos naturales u otras fuentes), aunque se puede encontrar en pequeñas cantidades en agua no contaminada. Se ha encontrado en todo el mundo en varios lugares tanto en entornos costeros como oceánicos. También puede prosperar en áreas con fuertes mareas y otras corrientes/flujos relacionados con el mar. Se encuentra solo en la superficie del agua o cerca de ella. A. borkumensis puede vivir en salinidades que van desde 1.0-12.5% y en temperaturas que van desde 4-35 °C. [1] La abundancia de A. borkumensis en entornos afectados por petróleo se debe a que las bacterias utilizan los compuestos del petróleo como fuente de energía, por lo que las poblaciones de A. borkumensis prosperan naturalmente en derrames de petróleo u otros lugares similares. A. borkumensis supera a otras especies del género Alcanivorax , probablemente debido a su ADN y metabolismo altamente flexibles . A. borkumensis también supera a otros organismos que degradan alcanos, como Acinetobacter venetianus . Después de un cierto período de tiempo, un ambiente oleoso y salino que contiene A. borkumensis y Acinetobacter venetianus eventualmente será dominado por A. borkumensis porque A. borkumensis puede consumir una variedad más amplia de alcanos que otras especies conocidas. [8]
A. borkumensis utiliza principalmente alcanos como fuente de energía/carbono, pero puede utilizar algunos otros compuestos orgánicos . A diferencia de la mayoría de las demás células, no puede consumir sustancias más comunes, como azúcares o aminoácidos , como fuente de energía. Esto se debe a la falta de genes que codifiquen transportadores de carbohidratos activos o pasivos, de ahí la incapacidad de consumir azúcares monoméricos. [9]
En A. borkumensis , varias enzimas diferentes se encargan de oxidar las moléculas de alcanos . El metabolismo aeróbico de los alcanos se lleva a cabo a través de la vía de oxidación de alcanos terminales, donde las monooxigenasas inician la oxidación de los carbonos terminales. Esta vía secuencial produce primero alcoholes, luego alcohol y aldehído deshidrogenasas y, por último, aldehídos y ácidos grasos, respectivamente. [10]
Después de un derrame de petróleo, se pueden observar enormes desequilibrios en las proporciones carbono/nitrógeno y carbono/fósforo. Para ello, A. borkumensis tiene una gran cantidad de proteínas de transporte que permiten la rápida absorción de nutrientes clave que son limitantes en el medio ambiente. [9] Para aumentar la tasa de crecimiento de una población de bacterias A. borkumensis , se pueden agregar al medio ambiente compuestos nitrogenados y de fósforo . Estas sustancias actúan como fertilizantes para las bacterias y las ayudan a crecer a un ritmo mayor.
Cuando las bacterias A. borkumensis utilizan alcanos o piruvato como fuente de energía, cada célula forma un biosurfactante . Un biosurfactante es una capa adicional de material que se forma a lo largo de la membrana celular. Las sustancias que componen el biosurfactante de A. borkumensis pueden reducir la tensión superficial del agua, lo que ayuda a la degradación del petróleo. También son emulsionantes , que sirven además para crear la emulsión aceite/agua, haciendo que el petróleo sea más soluble. A. borkumensis forma una biopelícula alrededor de una gota de petróleo en el agua de mar y procede a utilizar biosurfactantes y metabolismo para degradar el petróleo en una sustancia soluble en agua. [11]
El petróleo es tóxico para la mayoría de las formas de vida y la contaminación del medio ambiente por petróleo causa importantes problemas ecológicos. Una cantidad considerable de petróleo que entra al mar es eliminada por las actividades de biodegradación microbiana de las comunidades microbianas. Como hidrocarburoclástico descubierto recientemente, A. borkumensis es capaz de degradar el petróleo en entornos de agua de mar. Hidrocarburoclástico tiene la raíz 'clástico' que significa que puede dividir algo en partes (en este caso hidrocarburos ). El petróleo crudo, o petróleo, está compuesto predominantemente de hidrocarburos, un producto que consiste en una larga cadena de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno. Mientras que la mayoría de los organismos utilizan azúcares o aminoácidos como fuente de carbono/energía, A. borkumensis utiliza alcanos, un tipo de hidrocarburo, en su proceso metabólico. Esta dieta le permite a A. borkumensis prosperar en entornos marinos que han sido afectados por derrames de petróleo . A través de su metabolismo, A. borkumensis puede descomponer el petróleo en compuestos inofensivos. Esta capacidad hace que esta especie en particular sea una importante fuente potencial para la biorremediación de ambientes marinos contaminados por petróleo .
Los derrames de petróleo pueden ocurrir durante el transporte o la extracción del petróleo . Estos derrames pueden arrojar cantidades significativas de petróleo al océano y contaminar el medio ambiente, afectando a ecosistemas cercanos y lejanos.
Normalmente, se necesitan muchos años para que un ecosistema se recupere por completo (si es que se recupera) de un derrame de petróleo, por lo que los científicos han estado buscando formas de acelerar la limpieza de las áreas afectadas por un derrame de petróleo. La mayoría de los esfuerzos hasta ahora utilizan la participación/mano de obra humana directa para eliminar físicamente el petróleo del medio ambiente. Sin embargo, A. borkumensis presenta una posible alternativa. Dado que A. borkumensis descompone naturalmente las moléculas de petróleo a un estado no contaminante, ayudaría a los ecosistemas a recuperarse rápidamente de un desastre de derrame de petróleo. Los organismos también crecen naturalmente en agua de mar contaminada con petróleo, por lo que son una especie nativa. Si el proceso que utiliza A. borkumensis para descomponer el petróleo pudiera acelerarse o hacerse más eficiente, esto ayudaría a recuperar los ecosistemas. Algunos ejemplos incluyen estimular el crecimiento de A. borkumensis (a través de la fertilización con fósforo y nitrógeno) para que más de ellos descompongan el petróleo, o estimular el metabolismo de A. borkumensis para que metabolice más y más rápido. [1]
Al alterar un gen de la acil-coenzima A (CoA) tioesterasa, Sabirova y sus colegas pudieron mutar el organismo para que produjera una hiperproducción de polihidroxialcanoatos (PHA). Luego pudieron recuperar las grandes cantidades de PHA que liberaba el Alcanivorax mutante de los medios de cultivo con relativa facilidad. [10] Antes, se debían utilizar solventes costosos y peligrosos para el medio ambiente para recuperar el PHA de los gránulos intracelulares. Esto permite la producción de polímeros respetuosos con el medio ambiente en fábricas que utilizan el Alcanivorax mutante . [9]