Oxidación anaerobia de metano

Uno de los temas de ecología microbiana que más se discute en la actualidad es la Oxidación Anaerobia de Metano (OAM) acoplada a la reducción de compuestos minerales tales como nitratos y sulfatos. Se estima que la AOM reduce de 5 a 20% el flujo de metano (CH₄) neto hacia la atmósfera.^[1] Gran parte de esta AOM es la oxidación del metano producido en sedimentos marinos, consumido por arqueas metanótrofas y bacterias sulfato-reductoras (Oxidación anaerobia de metano acoplada a la sulfato reducción, OAM-SR). Adicionalmente a la AOM-SR acoplada a la sulfato reducción, existen evidencias de la existencia de oxidación anaerobia de metano acoplada a la desnitrificación (AOM-D), lo cual es un proceso termodinámicamente favorable (5CH₄+8NO₃^-+8H⁺ → 4N₂+5CO₂+14H₂O, ΔGº´= -766 kJ/molCH₄). Este proceso ha sido observado en laboratorio pero poco se conoce sobre la estequiometria del proceso, los microorganismos involucrados y sus rutas metabólicas.

Antecedentes

En el año de 1957 se encuentra la primera evidencia clara de la OAM asociada a organismos sulfato reductores.^[2] No obstante, fue solo hasta 1973 que se empezó a investigar la posibilidad de llevar a cabo la OAM-D; Davies (1973)^[3] fue el primero en reportar la OAM-D en cultivos axénicos. No obstante, sus resultados fueron criticados porque en sus experimentos usó etanol como parte de un complejo vitamínico, siendo este un sustrato muy utilizado para llevar a cabo el proceso de desnitrificación.

En 1980 se empezó a estudiar con un mayor interés la OAM-SR. Zehnder y Brock (1980)^[4] concluyeron que el proceso se da en la naturaleza y que no descartaron la posibilidad de usar otros aceptores de electrones diferentes a SO₄^2-.

Entre 1994 y 2004 se empezó a establecer las bases de las posibles rutas de la OAM-SR. De dichos estudios se concluyó que: (i) las bacterias sulfato reductoras están asociadas con arqueas metanogénicas, (ii) las arqueas metanogénicas tienen la capacidad de usar el metano como fuente donadora de electrones y se propuso un mecanismo de “Metanogénesis Reversa”, (iii) de la “Metanogénesis Reversa” se genera el hidrógeno necesario para la sulfato reducción, (iv) los intermediarios propuestos son metil-sulfuros, aunque todavía no se encontraron claras evidencias experimentales de dichos intermediarios.^{[5] [6] [7]}

Islas-Lima et al. (2004)^[8] obtuvieron las primeras evidencias experimentales de OAM-D empleando consorcios microbianos en un biorreactor de escala laboratorio. Más tarde, Raghoebarsing et al. (2006)^[9] propusieron que la OAM-D se lleva a cabo por un consorcio que involucra archaea y bacterias. Pero en 2008, el mismo grupo de trabajo sugirió que el proceso de OAM-D se lleva a cabo en ausencia de archaea.^[10]

Actualmente se ha propuesto que la OAM-D es un proceso en el cual se produce oxígeno en condiciones anaerobias por medio de la desnitrificación y este oxígeno producido es usado para oxidar el metano presente en el medio.^[11]

Notas

1. ↑ Valentine DL, Reeburgh WS. 2000. New perspectives on anaerobic methane oxidation. Environmental Microbiology 2(5):477-484.
2. ↑ Sorokin YI. 1957. THE ABILITY OF SULPHATE-REDUCING BACTERIA TO UTILIZE METHANE IN THE REDUCTION OF SULPHATES. Doklady Akademii Nauk Sssr 115(4):816-818.
3. ↑ Davies TR. 1973. ISOLATION OF BACTERIA CAPABLE OF UTILIZING METHANE AS A HYDROGEN DONOR IN PROCESS OF DENITRIFICATION. Water Research 7(4):575-579.
4. ↑ Zehnder AJB, Brock TD. 1980. ANAEROBIC METHANE OXIDATION - OCCURRENCE AND ECOLOGY. Applied and Environmental Microbiology 39(1):194-204.
5. ↑ Hallam SJ, Putnam N, Preston CM, Detter JC, Rokhsar D, Richardson PM, DeLong EF. 2004. Reverse methanogenesis: Testing the hypothesis with environmental genomics. Science 305(5689):1457-1462.
6. ↑ Hoehler TM, Alperin MJ, Albert DB, Martens CS. 1994. FIELD AND LABORATORY STUDIES OF METHANE OXIDATION IN AN ANOXIC MARINE SEDIMENT - EVIDENCE FOR A METHANOGEN-SULFATE REDUCER CONSORTIUM. Global Biogeochemical Cycles 8(4):451-463.
7. ↑ Valentine DL, Reeburgh WS. 2000. New perspectives on anaerobic methane oxidation. Environmental Microbiology 2(5):477-484.
8. ↑ slas-Lima S, Thalasso F, Gomez-Hernandez J. 2004. Evidence of anoxic methane oxidation coupled to denitrification. Water Research 38(1):13-16.
9. ↑ Raghoebarsing AA, Pol A, van de Pas-Schoonen KT, Smolders AJP, Ettwig KF, Rijpstra WIC, Schouten S, Damste JSS, Op den Camp HJM, Jetten MSM, Strous M. 2006. A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification. Nature 440(7086):918-921.
10. ↑ Ettwig KF, Shima S, van de Pas-Schoonen KT, Kahnt J, Medema MH, op den Camp HJM, Jetten MSM, Strous M. 2008. Denitrifying bacteria anaerobically oxidize methane in the absence of Archaea. Environmental Microbiology 10(11):3164-3173.
11. ↑ Ettwig et al. 2010. Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria. Nature 464: 543-U594.