Un consorcio de algas y bacterias aumenta la producción hidrógeno verde y biomasa mientras limpia aguas

La relación mutualista entre un alga y tres bacterias estudiada por un equipo de la Universidad de Córdoba presenta la producción de hidrógeno más alta obtenida hasta ahora por este tipo de consorcios. En esta relación de win – win, también gana el agua y el medioambiente ya que estos consorcios se cultivan en aguas residuales, usando esos residuos para crecer y haciendo tareas de biorremediación del agua. 

El hidrógeno está llamado a convertirse en uno de los combustibles del futuro, pero para ello la investigación trata de hacerlo lo más sostenible y verde posible. La producción de hidrógeno usando consorcios de algas y bacterias es una estrategia que deja de lado el uso de combustibles fósiles o la electrólisis del agua usando energía, que son las formas actuales de producción de este combustible. Dentro de este enfoque, guiado por los principios de la economía circular, la pregunta es ¿cuál es la combinación de algas y bacterias más efectiva?

El grupo de investigación BIO128 de la Universidad de Córdoba lleva años buscando esas relaciones de mutualismo donde algas y bacterias se benefician de la unión y dan como resultado una combinación de producción de hidrógeno y biomasa, a la par que limpian las aguas residuales donde crecen.

De izquierda a derecha, las investigadoras María Jesús Torres, Alexandra Dubini y el investigador David González, autores del trabajo.

Ahora, han descubierto la relación de un equipo formado por un alga y tres bacterias que, cuando trabajan en conjunto, son capaces de producir hidrógeno, crecer juntos produciendo biomasa que luego se puede valorizar y, a la vez, limpiar las aguas residuales en las que crecen. Esta combinación ganadora está compuesta por el alga modelo Chlamydomonas reinhardtii y las tres bacterias Microbacterium forte sp. nov., Bacillus cereus y Stenotrophomonas goyi sp. nov. y la producción de hidrógeno obtenida es la más alta reportada para cualquier combinación de alga y bacteria.

La bacteria M. forte ayuda al alga Chlamydomonas a generar hidrógeno. Con la inclusión de las otras dos bacterias en el equipo se consigue que, mientras se genera hidrógeno, tanto las bacterias como el alga crezcan, produciendo así la biomasa que luego se puede revalorizar también como combustible o fuente de energía. «Este consorcio es mejor porque es más duradero, lo puedes cultivar y obtener durante mucho tiempo hidrógeno y biomasa a diferencia de otros consorcios» explica el investigador David González. «También descubrimos que Microbacterium forte y Stenotrophomonas goyi necesitan vitaminas (biotina y tiamina) y fuentes reducidas de azufre para crecer y lo que Chlamydomonas hace seguramente es aportarle esos nutrientes que las bacterias necesitan para crecer». Así las bacterias se benefician de la relación con el alga para crecer y le ofrece el CO2 y el ácido acético que el alga requiere para crecer y producir hidrógeno.

En esta relación de win – win, también gana el agua y el medioambiente. Estos consorcios se cultivan en aguas residuales, usando esos residuos para crecer y haciendo tareas de biorremediación del agua. Este consorcio específico se ha probado en aguas residuales sintéticas que imitan residuos lácticos que incluyen, por ejemplo, lactosa. Como señala otra de las autoras, Neda Fakhimi «nuestro enfoque también aprovecha el potencial de utilizar materiales de desecho como fuente de nutrientes, facilitando así la producción de biohidrógeno renovable y sostenible. Contando con la ventaja de que este consorcio tiene una producción de hidrógeno aproximadamente diez veces mayor que la de los anteriores»

Contaminación fortuita 

«Este consorcio nace de una contaminación fortuita de un cultivo de Chlamydomonas en el laboratorio que dio lugar al descubrimiento y secuenciación del genoma de dos bacterias nuevas Microbacterium forte y Stenotrophomonas goyi» cuenta la investigadora Alexandra Dubini, también autora del trabajo. «Nos dimos cuenta que el cultivo contaminado producía más hidrógeno que los que no lo estaban y, a partir de ahí, tiramos del hilo y vimos que había tres bacterias» continúa David González.

Por tanto, además del avance en la búsqueda de métodos biológicos y sostenibles para producir hidrógeno verde, de este trabajo también resultan los genomas de estas dos bacterias recién descubiertas.

Referencia:

Fakhimi N, Torres MJ, Fernández E, Galván A, Dubini A, González-Ballester D. ‘Chlamydomonas reinhardtii and Microbacterium forte sp. nov., a mutualistic association that favors sustainable hydrogen production’. Sci Total Environ. 2024 Feb 25;913:169559.