Geothrix fermentans es una bacteria anaeróbica con forma de bastón. Tiene un diámetro de aproximadamente 0,1 μm y una longitud de entre 2 y 3 μm. [2] La disposición celular se produce de forma individual y en cadenas. Geothrix fermentans se puede encontrar normalmente en sedimentos acuáticos, como en acuíferos. Como quimioorganótrofo anaeróbico, este organismo es más conocido por su capacidad de utilizar aceptores de electrones Fe(III), así como otros metales de alto potencial. También utiliza una amplia gama de sustratos como donantes de electrones. La investigación sobre la reducción de metales por G. fermentans ha contribuido a comprender mejor el ciclo geoquímico de los metales en el medio ambiente. [3]
En 1999, John D. Coates de la Southern Illinois University y otros investigadores de la University of Massachusetts aislaron Geothrix fermentans de aguas contaminadas con metales de un acuífero . La nueva cepa se denominó originalmente "Cepa H-5 T ". [1] Después de clasificar el metabolismo y confirmar la presencia y el número de citocromos de tipo C, Coates et al. propusieron que el nuevo organismo pertenece al filo Halophoga - Acidobacterium , recientemente reconocido (1991) . Coates et al. también propusieron un nuevo nombre para el organismo: " Geothrix ", que en griego significa célula con forma de pelo que proviene de la Tierra, y " fermentans ", que en latín significa "fermentador". [1]
Los métodos basados en la comparación de secuencias de genes del ARNr 16s han permitido realizar análisis detallados de las afiliaciones de muchos grupos bacterianos. La afiliación filogenética de Geothrix fermentans , así como de otras bacterias del suelo como Acidobacterium capsulatum y Holophoga foetida, no se había establecido en el momento de su aislamiento inicial. [4] Análisis más recientes de datos de secuencias del ARNr 16s mostraron una similitud moderada entre estos tres géneros, lo que respalda la probabilidad de que se hayan diferenciado a partir de un ancestro común. [4]
Geothrix fermentans es un anaerobio estricto con forma de bastón [1] que se puede encontrar en suelos acuáticos en la zona de reducción de Fe(III). [5] Como anaerobio estricto, G. fermentans no puede crecer en presencia de oxígeno atmosférico que puede estar presente en el nicho ecológico del que fue aislado. Geothrix fermentans no forma esporas y no es móvil. [2] [1] Este organismo es una de las pocas bacterias cultivables de agua dulce que exhiben respiración metálica utilizando óxido de Fe(III). [3] [1] La temperatura óptima para el crecimiento es de 35 °C con un rango de 25 °C a 40 °C. [2] [1] Esta bacteria utiliza preferentemente el ácido orgánico acetato como donante de electrones, pero puede utilizar varios otros ácidos orgánicos para el crecimiento, como propionato y lactato. Además de los ácidos orgánicos, G. fermentans puede utilizar ácidos grasos como el palmitato utilizando Fe(III) como único aceptor de electrones. [1] G. fermentans también puede crecer utilizando otras formas de hierro y metales como el manganeso, pero muestra preferencia por el hierro o los derivados del hierro. La utilización de aceptores alternativos de electrones por parte de este organismo depende del donante de electrones presente. [1] Por ejemplo, utilizará nitrato (NO 3 ) y Mn(IV) como aceptores alternativos de electrones cuando se utiliza lactato como donante de electrones. [1]
G. fermentans , aunque comparte procesos de reducción similares a los de otras DIRB, muestra características metabólicas que la distinguen de otros reductores de hierro. En el proceso de respiración, este organismo es capaz de oxidar completamente los ácidos orgánicos antes mencionados a CO2 utilizando Fe(III), mientras que otras especies reductoras de hierro de las familias Shewanella o Ferrimonas , por ejemplo, oxidan los mismos ácidos orgánicos de forma incompleta a acetato. [1] También a diferencia de la mayoría de las otras DIRB, G. fermentans no puede utilizar azufre elemental como aceptor de electrones, una característica que comparte con las DIRB del género Geobacter . [1]
Geothrix fermentans también puede emplear la fermentación , como su nombre lo indica, para oxidar sustratos para la producción de energía. Este organismo exhibió una capacidad para crecer fermentativamente en ácidos orgánicos como fumarato y citrato, produciendo acetato y succinato como productos de fermentación. [1]
La respiración metálica es un término general en microbiología que describe la capacidad de ciertas bacterias para utilizar moléculas que contienen metales como hierro, manganeso u otros como aceptores de electrones en la cadena de transporte de electrones para producir trifosfato de adenosina (ATP). La bacteria G. fermentans realiza un cierto tipo de respiración metálica llamada reducción disimilatoria de óxido de Fe(III) (óxido de hierro). Este organismo, así como las especies de las familias Shewanella y Geobacteraceae , que incluyen géneros como Geovibrio y Desulfuromonas, se denominan comúnmente en microbiología "bacterias reductoras de hierro disimilatorias" o "DIRB". [1] Aunque estas familias y G. fermentans son filogenéticamente separadas y distintas, a menudo se las puede agrupar en función de este mecanismo compartido de reducción de Fe(III).
Para integrar el Fe(III) en su respiración, ciertas DIRB deben ser capaces de solubilizar el óxido de Fe(III), una molécula que es en gran medida insoluble en cualquier cosa que no sean ácidos minerales. [6] Hay dos mecanismos propuestos a través de los cuales las bacterias que necesitan óxido de Fe(III) insoluble pueden lograr esto. El primer mecanismo es la disolución por contacto directo con la célula bacteriana que se emplea en la mayoría de las formas de metabolismo bacteriano. El segundo mecanismo implica el uso de compuestos (compuestos transportadores de electrones) excretados de la célula bacteriana que a su vez transportan electrones desde la célula a la molécula de óxido de Fe(III) haciendo que se disuelva. [5] El uso de compuestos transportadores de electrones no es inusual en el mundo microbiano, pero G. fermentans es la primera DIRB en la que los compuestos que solubilizan el óxido de Fe(III) eran endógenos y no derivados del medio ambiente. [5] Aunque este organismo es el primer ejemplo de metabolismo sin contacto del óxido de Fe(III) por bacterias reductoras de hierro, es poco probable, a la espera de más investigaciones, que sea el único ejemplo si se toma en cuenta la gran cantidad de bacterias desconocidas que aún quedan por descubrir.
Durante la respiración, G. fermentans produce pequeñas cantidades de electricidad a través del flujo de electrones facilitado por compuestos endógenos transportadores de electrones. La electricidad se puede generar en "células de combustible microbianas" que aprovechan este flujo de electrones desde la célula bacteriana hasta un ánodo. [7] La ventaja que tiene G. fermentans al ser capaz de reducir Fe(III) a distancia en un entorno natural no se traduce en una ventaja en las células de combustible microbianas. Una vez que los electrones se han transferido desde el compuesto transportador al ánodo, el compuesto es libre de difundirse de nuevo hacia la célula, pero las grandes distancias pueden hacer que el compuesto se pierda en el medio ambiente. [7] La posibilidad de pérdida de compuestos junto con la gran cantidad de energía necesaria para producir estos compuestos no se traduce en un rendimiento eléctrico eficiente en comparación con las DIRB que requieren contacto directo con el aceptor de electrones. [7] Las bacterias como Geobacter sulfurreducens que están en contacto directo con los electrodos mostraron mayores salidas de potencia total en varios estudios, pero G. fermentans tiene un mecanismo que tiene el potencial de recuperar el terreno perdido. [7] [8] Al secretar cantidades de la lanzadera de electrones no identificada alrededor de la célula, la acumulación del compuesto a lo largo del tiempo en el entorno mejora la transferencia de electrones y ayuda a prevenir la pérdida de compuestos y electrones. [8]