Un nuevo estudio publicado en Nature Communications describe una prueba de principio para la ingeniería de una bacteria, Gluconobacter oxydans, que da un primer paso para satisfacer la creciente demanda de elementos de tierras raras de una manera que iguala el coste y la eficiencia de los métodos termoquímicos tradicionales de extracción y refinamiento y es lo suficientemente limpia como para cumplir las normas ambientales de Estados Unidos.
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“Intentamos encontrar un método ecológico, de baja temperatura y baja presión, para extraer los elementos de las tierras raras de una roca”, dijo Buz Barstow, autor principal del trabajo y profesor adjunto de la Universidad de Cornell, en una declaración a los medios.
Para satisfacer las necesidades anuales de elementos de tierras raras en EE.UU., se necesitarían unos 71,5 millones de toneladas de mineral en bruto para extraer 10,000 kilogramos de elementos.
Los métodos actuales se basan en la disolución de la roca con ácido sulfúrico caliente, seguida del uso de disolventes orgánicos para separar elementos individuales muy similares entre sí en una solución.
“Queremos encontrar la manera de fabricar un bicho que haga mejor ese trabajo”, dijo Barstow.
G. oxydans es conocido por fabricar un ácido llamado biolixiviante que disuelve la roca; la bacteria utiliza el ácido para extraer los fosfatos de los elementos de las tierras raras. Por ello, Barstow y su equipo han empezado a manipular los genes de G. oxydans para que extraiga los elementos con mayor eficacia.
Para ello, los investigadores utilizaron una tecnología llamada Knockout Sudoku, que les permitió desactivar uno a uno los 2,733 genes del genoma de G. oxydans. El equipo creó mutantes, cada uno con un gen específico eliminado, para poder identificar qué genes desempeñan un papel en la extracción de elementos de la roca.
La autora principal, Alexa Schmitz, identificó entonces los genes implicados en dos sistemas en G. oxydans: uno que frena la acidificación y otro que la acelera.
“Creemos que este mutante no puede saber cuándo ha tenido suficiente fosfato, por lo que sigue produciendo biolixivante ácido para disolver más”, dijo Schmitz.
El equipo también está trabajando para encontrar formas de regular el gen que acelera la producción de ácido. Esperan crear un sistema en el que las bacterias funcionen con azúcares baratos derivados de la celulosa para obtener energía.
“Soy increíblemente optimista”, dijo Esteban Gazel, coautor del artículo y profesor asociado de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera. “Tenemos un proceso que va a ser más eficiente que todo lo que se ha hecho antes”.
En el estudio, el laboratorio de Gazel ayudó a desarrollar técnicas de espectrometría de masas, que Schmitz utilizó para medir las concentraciones de elementos de tierras raras de las soluciones en las que los mutantes estaban expuestos al mineral. “Para algunos de los mutantes, fueron capaces de obtener concentraciones muy altas [de elementos de tierras raras del mineral]”, dijo Gazel.
