Asociación Española de Geotermia

Energía geotérmica

Biofilms del subsuelo: la vida en la roca, un faro para la geotermia.

El subsuelo terrestre y en particular el continental, es un ambiente donde los nutrientes no abundan y los microorganismos han de optimizar el uso de recursos para asegurar su supervivencia. Por ello, se agrupan en comunidades que tienen un metabolismo reducido y que sobreviven en un soporte denso como las rocas. Gracias a un conjunto de técnicas de observación como técnicas de hibridación in situ de sondas fluorescentes y a microscopía confocal, se puede estudiar la distribución en el subsuelo de estas formas de vida. Así, se pueden estudiar una gran diversidad de microorganismos en función a patrones deseados que expliquen su posible distribución gracias a técnicas de perforación geológicas.

La combinación de la biotecnología, que ayude a entender la vida que existe en el subsuelo y que de lugar al desarrollo de herramientas capaces de ser útiles en el diagnóstico de las características físico-químicas del suelo y de la geotermia con el uso del calor interno de la tierra y que necesita herramientas de precisión que midan parámetros físicos de tipo de suelo, temperatura, etc.

Todo ello puede dar lugar al diseño de nuevas herramientas biológicas eficaces, durables, responsables con el medio ambiente y muy útiles para la geotermia.

Microscopía confocal de una muestra de subsuelo. En verde, se puede ver a un conjunto de microorganismos marcados con Syto-9 que es marcaje de ácidos nucleicos en células vivas y muertas. En rojo, una sonda CARD-FISH para la identificación de microorganismos en particular. A la derecha, una combinación de ambas sondas distingue entre células vivas (rojo) y el total de células, vivas y muertas (verde). La primera fila corresponde a un biofilm de bacterias y la de abajo a uno de arqueas.

El estudio que nos sirve de referencia se sirve de muestras de subsuelo y de técnicas de detección de microorganismos.

Así, la obtención de las muestras sigue el procedimiento descrito en Microbial ecology of a natural extreme acidic environment: lessons from Río Tinto (Amils et al., 2009), una parte del protocolo es la siguiente: “las perforaciones se realizaron con un taladro rotativo de diamante que produjo núcleos de 60 mm de diámetro dentro de un revestimiento de plástico. Se usó agua como fluido de perforación para refrigerar la broca. Se utilizó NaBr como marcador químico para controlar la contaminación por la perforación. Tras la recuperación de la plataforma de perforación, los núcleos se dividieron en longitudes de 1 m, se lavaron con N2, se sellaron, y fueron transportados a un laboratorio cercano para el análisis geomicrobiológico.” De esta forma, se parte de muestras correspondientes a subsuelo de la faja pirítica ibérica. Esta corresponde a una zona de concentración de sulfuros formada hace cientos de millones de años y constituye uno de los mayores depósitos de metales no férricos del mundo. El apartado biológico del estudio se centró en el análisis de la composición celular de los biofilms. Estos se componen de una o varias especies que viven en comunidad dentro de sustancias poliméricas extracelulares (EPS, extracellular polymeric substances) producidas por ellas mismas, y en un soporte sólido aportado por la roca.

Los análisis que determinan la diversidad de los microorganismos han de tener en cuenta el contexto geológico de altas presiones y temperaturas y a la anaerobiosis, entre otros factores.

Así, como se ve en la imagen de arriba, se utilizaron un conjunto de sondas moleculares para hibridaciones fluorescentes in situ (FISH, del inglés fluorescence in situ hibridization) y ensayos de fluorescencia de unión a lectina (FLBA, fluorescence lectin-binding assay). Las primeras sirven para determinar especies en particular por la unión al ARNr 16S, diferente para cada especie procariota bacteriana o de arqueas (microorganismo sin núcleo y demás características que difieren de los eucariotas). Las sondas FLBA sirven para el estudio de la composición del EPS. Ambas podrán cumplir sus funciones gracias a su observación al microscopio confocal. Sin embargo, existen problemas en los protocolos de utilización de estas sondas que pueden dañar a las comunidades de microorganismos y a su integridad original en la muestra, por ello se usaron aquí sondas DOPE-FISH (DOPE, double labeling of oligonucleotide probes) que amplifican las señales de fluorescencia reduciendo también el ruido o señal de fondo que puedan aportar las conocidas como sondas CARD-FISH (catalyzed reporter deposition).

Observación de biofilms de rocas del subsuelo a diferentes profundidades. EUB338 es una sonda de bacteria tipo DOPE-FISH, el resto de columnas corresponden a varios tipos de sondas que detectan los elementos que se pueden leer en la parte superior. La muestra de la fila (a) se tomó a 355,7 mbs, de la (b) a 420 mbs y de la (c) a 519,1 mbs.

De esta forma, las comunidades de microorganismos se agrupan en biofilms en el subsuelo con un soporte sólido, las roca, y todo indica que estas estructuras son eficaces para las necesidades biogeoquímicas de estas formas de vida.

Las diferentes técnicas de caracterización de microorganismos y de estudio de la matriz del biofilm buscan dilucidar la conexión existente entre estos elementos con metabolismos capaces de sobrevivir en estos ambientes.

Así, esta organización en colonias en el subsuelo da lugar a un amplio espectro de metabolismos capaces de aprovechar una cantidad de recursos limitada, contexto que inevitablemente se intenta comparar con el subsuelo por ejemplo de Marte, donde la astrobiología tiene centrados sus esfuerzos con los estudios en río Tinto, entre otros.

A parte de la aportación en astrobiología y exobiología, la geotermia necesita de herramientas más potentes, sensibles y rentables para medir con precisión parámetros de interés en el subsuelo.

¿Porqué no aprovechar las necesidades físicas y químicas que condicionan la vida ya existente como medida cualitativa de parámetros de interés como la temperatura?

¿Podrían diseñarse microorganismos capaces de vivir a unas características específicas y cuya distribución en el subsuelo pueda servir de valor traslacional de presencia de agua, temperatura o naturaleza de las rocas presentes, en beneficio de la geotermia y de otras áreas? La respuesta es: Sí.

José Martínez Magdaleno.

Bibliografía

Escudero C, Vera M, Oggerin M and Amils R. (2018) Active microbial biofilms in deep poor porous continental subsurface rocks. Nature Scientific Reports 8:1538.

Amils R, González-Toril E, Aguilera A, Rodríguez N, Fernández-Remolar D, Díaz E, García-Moyano A and Sanz J.L. (2009) Microbial ecology of a natural extreme acidic environment: lessons from Río Tinto. Advanced Materials Research 71-73:13-19.


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