[2] Se estima que el proceso OAM previene la emisión de hasta el 90% del CH4 originalmente producido en los sedimentos del ecosistema marino hacia la atmósfera terrestre, regulando de esta manera el calentamiento global.
En sedimentos marinos, el aceptor final de electrones que sustenta el proceso OAM es el sulfato (SO42-) (Ecuación 2).
[5] Durante las últimas décadas se ha demostrado que un gran número de oxidantes alternativos (diferentes al O2) pueden sustentar la reacción AOM.
[8] Aceptores de electrones orgánicos como el humus (también conocido como sustancias húmicas ó materia orgánica natural con actividad redox) también pueden sustentar la OAM.
ΔGº' = -16.6 kJ mol-1 No obstante, fue hasta la década de los 90's en que surgieron los primeros reportes demostrando la factibilidad del proceso en experimentos in vitro, los cuales revelaron la composición de los consorcios microbianos que catalizan este proceso.
Algunos de los hallazgos más importantes descubiertos durante este periodo establecieron que: (i) el proceso AOM acoplado a la sulfato reducción es llevado a cabo por arqueas metanotróficas (ANME) asociadas a bacterias reductoras de sulfato (sulfato-reductoras),[19] y (ii) las arqueas ANME tienen la capacidad de usar el metano como fuente única de carbono y energía llevando a cabo su mineralización (oxidación completa a CO2) mediante un proceso de metanogénesis reversa.
[20] Las arqueas conocidas como ANME constituyen un grupo de microorganismos que se divide en tres subgrupos (ANME-1, ANME-2 y ANME-3) los cuales han sido ampliamente estudiados por su capacidad para oxidar metano en ausencia de oxígeno mediante el mecanismo de metanogénesis reversa.
Al igual que el grupo ANME-1, las arqueas ANME-2 forman asociaciones sintróficas con bacterias Desulfosarcina y Desulfococcus.
[21] El grupo ANME-3 ha sido encontrado principalmente en sedimentos de volcanes submarinos y ventilas hidrotermales.
Este grupo de ANME es filogenéticamente cercano a los metanógenos del orden Methanococcoides y se ha encontrado asociado a bacterias sulfato-reductoras del grupo Desulfobulbus.
[21] Las primeras evidencias demostrando la ocurrencia del proceso OAM acoplado a la reducción de nitrato (NO3-) (Ecuación 3) fue obtenida por Islas-Lima y colaboradores en 2004.
[22] Este fue el primer estudio demostrando que la eliminación simultánea de CH4 y NO3- en un biorreactor escala laboratorio era posible.
ΔGº' = -756 kJ mol-1 Más tarde, Raghoebarsing y colaboradores (2006)[23] demostraron que OAM acoplada a la desnitrificación (reducción de compuestos oxidados de nitrógeno) era catalizada por un consorcio microbiano compuesto por arqueas filogenéticamente cercanas al grupo ANME-2d y bacterias cuya identidad taxonómica caía dentro de un nuevo filo.
Por un lado se identificó que la arquea del grupo ANME-2d, nombrada Candidatus Methanoperedens nitroreducens, era la encargada de llevar a cabo el proceso OAM con NO3- como el aceptor final de electrones produciendo NO2- y CO2 como productos vía metanogénesis reversa (Ecuación 4).
ΔGº' = -503 kJ mol-1 El nitrito resultante sería llevado a nitrógeno molecular (N2) (Ecuación 5) por las bacterias antes detectadas y nombradas Methylomirabilis oxyfera (filo NC10) mediante un proceso de producción de O2 intracelular llamado vía intra-aerobia.
[25] Adicionalmente, se encontró que bacterias oxidadoras anaerobias de amonio (NH4+) (ANAMMOX) podrían participar en el proceso al consumir parcialmente el NO2- producido por M. nitroreducens (Ecuación 6).
Lo anterior implica que las arqueas asociadas al grupo ANME-2d (M. nitroreducens), son capaces de llevar a cabo la reducción desasimilatoria de NO3- a NH4+ vía NO2-, una característica raramente observada en arqueas.
El proceso OAM puede llevarse a cabo con un segundo gas de efecto de invernadero como aceptor final de electrones que se origina en el ciclo del nitrógeno, este es el caso del óxido nitroso (N2O) (Ecuación 8).
Se han propuesto dos mecanismos para que esta reacción pueda llevarse a cabo, la primera es llevada a cabo por bacterias aún no identificadas mediante una vía intra-aerobia,[29] mientras que la segunda es llevada a cabo por arqueas y bacterias en un proceso mediado por sustancias húmicas (materia orgánica natural con actividad de transporte de electrones (redox)).
ΔGº' = -1230.14 kJ mol-1 Los óxidos metálicos, por ejemplo, aquellos de hierro (Fe) y manganeso (Mn), representan importantes aceptores terminales de electrones en la naturaleza debido a su abundancia en la corteza terrestre.
Las primeras evidencias asociando el proceso OAM a la reducción de óxidos metálicos surgió en 2009 en un estudio por Beal y colaboradores.
[32] Existen diversas bacterias y arqueas cuya capacidad para llevar a cabo el proceso OAM acoplado a la reducción de metales ha sido propuesto y/o comprobado por diversas metodologías.
A continuación, se enlistan los microorganismos involucrados en el proceso OAM cuando éste se lleva a cabo de manera directa, es decir, sin la intervención de mediadores redox (agentes que transportan electrones entre los microorganismos y el óxido metálico).
Diversos grupos de bacterias con capacidad de reducir metales fueron encontrados, entre ellos se enumeran miembros del grupo Bacteroides, Proteobacteria (incluyendo Geobacter), Acidobacteria y Verrucomicrobia.
[8] La primera evidencia demostrando que un miembro del grupo ANME era capaz de acoplar la OAM a la reducción de metales fue proveída por Scheller y colaboradores (2016)[33] para la arquea ANME-2c.
Subsecuentemente, Ettwig y colaboradores demostraron actividades similares para un filotipo de ANME-2d (2016).
[26] En este estudio se demostró que una arquea del orgen Methanosarcinales genéticamente cercana a Candidatus Methanoperedens nitroreducens era capaz de acoplar la OAM a la reducción de citrato férrico, y minerales como la ferrihidrita y birnessita de una manera estequiométrica, y en la ausencia de compañeros sintróficos bacterianos.
El nuevo microorganismo posee todas los genes necesarios para codificar las enzimas involucradas en la metanogénesis reversa, así como en la reducción aceptores de electrones extracelulares.
La primera demostración de un aceptor de electrones orgánico involucrado en el proceso OAM fue publicada por Scheller y colaboradores en 2016 en la prestigiosa revista Science.
[33] Adicionalmente se observó que el microorganismo encargado de llevar a cabo este proceso era la arquea metanotrófica ANME-2c la cual prescindió de compañeros sintróficos bacterianos para llevar a cabo este proceso.