Por Claudia Aranda Arellano – Corresponsal de Pressenza en la Expedición Científica Antártica ECA 2019, Chile.

La consigna es generar energía limpia a partir de tecnología limpia. Este es el foco y tal vez el mayor valor agregado que posee una investigación presente en la Expedición Científica Antártica (ECA 55) 2019 del Instituto Antártico Chileno, INACH, y que en su trabajo de campo consiste en que microorganismos son extraídos de muestras de suelo en distintos lugares de la península del continente blanco y estas bacterias, ya en el laboratorio y luego de un proceso químico, generan nanopartículas que terminan en una celda solar.

Esa es la forma simple de explicarlo, pero en rigor la investigación se llama “Uso de bacterias extremófilas antárticas en la síntesis a bajas temperaturas de nanopartículas tolerantes al estrés: mecanismo de síntesis, importancia ambiental y aplicación en celdas solares”, investigación liderada por el Dr. José Manuel Pérez, académico de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Andrés Bello de Chile (UNAB), investigador principal del Laboratorio de Bionanotecnología y Microbiología del Centro de Bioinformática y Biología Integrativa (CBIB) de esa casa de estudios.

Y aún más claro queda todo este proyecto cuando lo explican María Ángeles Cabrera, Bioquímica chilena y Doctora en Biotecnología de la Universidad de Santiago de Chile (USACH) y que trabaja en a UNAB, y Jessica Campo, Microbióloga colombiana y estudiante de doctorado en Biociencias Moleculares en la UNAB, y que son las dos jóvenes científicas que han partido a la ECA 2019 para tomar las muestras en el suelo antártico.

Y la explicación del proyecto, que al final del camino vislumbra grandes descubrimientos y evidente aplicación práctica altamente innovadora, debe comenzar por aclarar los conceptos implicados para comprender de qué estamos hablando.

María nos precisa que las bacterias extremófilas “son bacterias que crecen en sitios extremos, como por ejemplo a altas concentraciones de sal, a altas temperaturas (sobre 60°C) o bajas temperaturas como 4°C, a altos o muy bajos pH, o en condiciones de muy bajas cantidades de agua. Estas bacterias, por ejemplo, las podemos encontrar en el desierto de Atacama o acá en la Antártica y, de hecho, en Chile hay muchos lugares en donde podemos encontrar este tipo de bacterias. Nosotras en particular estamos buscando bacterias extremófilas antárticas que crecen a bajas temperaturas, las que se denominan psicrófilas o psicrotolerantes (denominación específica para las bacterias que crecen a bajas temperaturas).

Bien, resulta que estas extraordinarias bacterias producen nanopartículas. Jessica explica que “las bacterias, aparte de sobrevivir en estos ambientes, pueden utilizar ciertos compuestos que hay en el medio ambiente para generar algún compuesto de interés o de valor agregado para alguna aplicación industrial. En este caso, nosotros nos interesamos en las bacterias antárticas que pueden crecer a bajas temperaturas y que pueden sintetizar estos compuestos que son nanopartículas”, precisando que “en este momento nos encontramos en la etapa de estudio para saber cómo las sintetizan. Sabemos que pueden sintetizarlas. Entender cómo lo hacen es parte de mi tesis, entender cómo ellas, a nivel bioquímico, están tomando lo que hay en el medio ambiente y pueden generar la nanopartícula”.

EN EL “NANO MUNDO” LAS COSAS CAMBIAN

Las científicas agregan que “las nanopartículas que nosotros estudiamos son compuestos que tienen metales y azufre y que por lo tanto tienen aplicaciones de semiconducción, que pueden absorber luz ultravioleta, que pueden usarse en celdas solares, entonces son compuestos de alto valor agregado que son muy costosos de producir en la industria de manera química y que estas bacterias lo hacen solitas”.

Para quien no lo sepa, me aclaran que la nanopartícula es una partícula diminuta, una escala de 10 elevado a menos 9 metros. “Nano” referencia tamaño, y un tamaño extremadamente pequeño. Y las que ellas estudian “están hechas de metales y azufre. Tan pequeñas que hay que utilizar unos microscopios ultrapotentes para poder verlas. Es un poco más grande que un átomo. Sería como un cluster de átomos, un grupo de átomos organizados y que están confinados en un espacio. Un grupo tan ínfimamente pequeño que, por estar en ese estado cuántico tan tan taaaan chiquito, tiene propiedades diferentes a las que tendría, por ejemplo, una barra de cobre. Si el mismo cobre estuviera en estado nano, tendría propiedades diferentes. En la escala nano ocurren fenómenos físicos diferentes a los que ocurren en una escala macro y por eso es que las nanopartículas son interesantes, porque es el mismo metal pero con propiedades diferentes”.

Y resulta que dentro de estas propiedades están las que permiten que todo esto termine en celdas solares. “Eso es justamente lo interesante de las nanopartículas –explica Jessica-, que aunque es básicamente el mismo metal o elemento que uno puede encontrar en la Tierra en un tamaño más grande, en esta escala pequeñita tiene otras propiedades. Y las bacterias tienen la capacidad de sintetizarlas”.

María precisa que “estas nanopartículas pueden estar dentro de la bacteria o bien la bacteria puede liberarla”, y que “éstas se encuentran en suelos. Y ahora vamos por ellas en suelo Antártico. Tomamos muestras de suelo en busca de bacterias para luego cultivar estas las bacterias o microorganismos”. Y “yo utilizo estas nanopartículas para meterlas en una celda solar”, explica Jessica.

En suma este equipo de ciencias crea el medio para criar las bacterias y que sinteticen estas nanopartículas que solucionan el problema de las celdas solares. Pero ¿Por qué buscar bacterias en la Antártica para producir nanopartículas que vayan a las celdas solares? O bien ¿Por qué construir celdas solares con nanopartículas extraídas de bacterias?

La doctora Jessica Campo explica que “según estudios previos que hemos hecho en el laboratorio, en donde tenemos mucha experiencia con extremófilos y nanopartículas, nos hemos dado cuenta de que las bacterias antárticas le confieren propiedades a la nanopartícula. ¿Qué tipo de propiedades? Si la bacteria es capaz de resistir a temperaturas bajas, la nanopartícula también resiste temperaturas bajas”.

Y esta cualidad e implicancia no es menor porque vendría a solucionar un problema existente hoy con las celdas solares. “Si la bacteria es capaz de resistir a la radiación UV como pasa en la Antártica -pues la Antártica recibe mucha radiación UV-, la nanopartícula también, y dentro del desarrollo de cedas solares, la exposición a radiación UV, como por ejemplo en el desierto de Atacama, es un problema y un problema grande, porque los compuestos de los cuales están hechos los paneles solares muchas veces no resisten tanta radiación o tanto calor. Entonces nosotros, lo que estamos buscando con estas nanopartículas, es que vengan con esta capacidad, con estas resistencia anti UV que se la dan las bacterias, además de estabilidad”, precisa Jessica.

EL REGALO DE LA BACTERIA ESTRESADA

“Dependiendo de la bacteria y del tipo de nanopartícula, nosotros podemos hacer que la bacteria o la deje en su interior o la saque y de ahí la utilizamos para ponerla en una celda solar”, explican.

¿Cómo, con qué proceso es que la bacteria hace esto? El equipo nos cuenta que en esta parte crucial de la investigación ya están resolviendo acerca de las hipótesis que se plantearon. “Nosotros exponemos la bacteria a una fuente de metal, en este caso puede ser cobre que nosotros le ponemos a la bacteria en su medio de cultivo. Si la bacteria resiste condiciones como frío y otras cosas, una concentración elevada de cobre no va a ser ningún problema en la mayoría de los casos. Pero aunque no sea un problema para ella, igual tiene que tener un mecanismo de respuesta, tiene en este caso, que saber responder al cobre, y esto lo puede hacer ingresando el cobre y generando la nanopartícula en su interior, o ingresando el cobre, cambiando su estado de oxidación o haciendo una transformación, y expulsándola”.

Entonces se trataría de una respuesta al estrés por cobre, y María precisa que “el cobre en altas concentraciones es tóxico para el microorganismo entonces para defenderse de este metal pesado, puede formar nanopartículas y así las acumula en una parte dentro de ella y así no se intoxica. Es un mecanismo de defensa. Y nosotros escogimos la Antártica porque todavía este es un continente que ha sido poco explorado microbiológicamente hablando. Y porque microorganismos de acá, se ha encontrado que tienen característica y propiedades fisiológicas distintas a las de otros microorganismos. Por eso creemos que estas nanopartículas que pueden sintetizar, también pueden tener características diferentes a las de bacterias que están en el continente, por ejemplo”.

UNA LARGA INVESTIGACIÓN

Pero llegar hasta estos resultados significa que el equipo no partió ayer investigando. De hecho Jessica nos cuenta que esta expedición es la continuación de una investigación más larga. “Este es el tercer año de este proyecto. Nosotros hemos tenido varios proyectos INACH relacionados con la misma línea. Primero fue exploración, luego las bacterias mismas, la síntesis, y ahora la aplicación en celdas solares. Ahora queremos entender algo que no habíamos considerado en los INACH pasados que era la importancia ambiental. Nosotros aparte de entender y de utilizar la bacteria en un ambiente de laboratorio para que me genere estas nanopartículas y poder utilizarla en celdas solares, ahora queremos saber qué está haciendo esa bacteria en la Antártica, en su entorno, qué función cumple esta bacteria en su ecosistema. Ahora queremos tener las dos miradas, porque tenemos la explotación biotecnológica que es sumamente interesante y lucrativa –esperamos-, pero también queremos entender el rol ecológico de ella en el entorno. Ver si este proceso de biosíntesis de nanopartículas puede ser algo que ocurra en la naturaleza, porque la capacidad la tiene cuando nosotros en el laboratorio le damos las condiciones”.

Pero ¿Por qué trabajar con bacterias y no sintetizar químicamente estas nanopartículas? María explica que la síntesis química de estas nanopartículas, usando solamente compuestos químicos –que también se puede lograr-, genera mucha contaminación generando una gran huella de carbono. Entonces nosotros buscamos una opción biológica ya que no va a generar esos niveles de contaminación”.

De hecho esta investigación liderada por el Dr. José Manuel Pérez ha conseguido a la fecha logros trascendentales aislando una serie de bacterias únicas a partir de muestras extraídas de las expediciones a la Antártica y al Salar de Atacama. El doctor ha publicado que estos organismos han presentado altos niveles de resistencia al cobre y litio, por lo que son capaces de sintetizar nanopartículas de estos metales y que estas bacterias aisladas pueden tener aplicaciones en la minería, con el fin de hacerla más sustentable.

Y no sólo en celdas solares son aplicables los descubrimientos del equipo de la UNAB, pues el doctor Pérez ha explicado que con estas bacterias están desarrollando métodos que permitan la descontaminación de soluciones que contengan cobre o cadmio, y que asociadas a la remediación de estos metales, permitan la generación de nanopartículas de cobre de alto valor y que además a partir de la síntesis de nanopartículas de litio, se está evaluando su uso en la construcción de nuevas baterías recargables, enfatizando el objetivo de aportar insumos producidos por medio de metodologías eco-amigables.

Jessica y María me cuentan que en el planeta hay varios grupos de científicos trabajando en nanotecnología pero la bionanotecnología es algo más reciente y novedoso. “Y en Chile, que sepamos, somos el único grupo que está trabajando en esta aplicación”, precisan, subrayando que “lo que nosotros hacemos es que reemplazamos ciertos componentes de las celdas solares por nuestras nanopartículas que prácticamente no contaminan. Esto es generar energía limpia a partir de tecnología limpia”.

Y nos dan un claro ejemplo: “para sintetizar nanopartículas de sulfuro de cobre, que es uno de los compuestos que producen estas bacterias, se requieren, en la industria, ambientes inertes, lo que significa que no haya presencia de oxígeno, que existan altas temperaturas (arriba de 100°C), y que hayan presiones en algunos casos, aparte de los compuestos químicos. Todo para que la química de los compuestos en ese ambiente funcione y obtengamos la nanopartícula. En cambio nosotros aquí no, pues nosotros tenemos una bacteria en un ambiente aerobio, a la temperatura baja que nosotros le pongamos dependiendo del tipo de organismo, y que me genera la nanopartícula sin todas esas condiciones que dejan una huella de carbono gigante y que además a nivel industrial requiere una inversión enorme”.

¡SE PUEDE! ¡FUNCIONA!

Al imaginarlo, mientras ellas, con un entusiasmo prístino y espontáneo que llega a conmover, me explican sus métodos, las implicancias, me aclaran lo que no comprendo y hasta me hacen dibujitos en mi block de notas, es imposible no pensar en varias cosas a la vez. Todo lo que han reflexionado para llegar a esta idea genial, todo lo que han estudiado para comprender la viabilidad de la misma y poner en práctica la persecución maratónica de sus hipótesis. Todo lo que se podría beneficiar el planeta y la humanidad de esta idea al parecer más que viable, en un contexto en que las energías limpias y no convencionales sin duda alguna son nuestra única esperanza de sobrevivir a largo plazo. Y por supuesto, que estamos hablando de un equipo de ciencias del fin del mundo, en un país del fin del mundo al que se le iluminó la ampolleta y que tiene a estas dos jovencísimas y brillantes mujeres, en las condiciones más extremas y riesgosas imaginables, buscando muestras en el lugar más austral del planeta, es decir, en la Antártica. Es imposible no sentir una profunda y gigantesca admiración.

Y claro, también es imposible no pensar en la otra pregunta, literalmente, la del millón. ¿Se puede generar la suficiente cantidad de bacterias para producir estas nanopartículas a nivel industrial? O bien, ¿Se puede generar una cantidad eficiente de nanopartículas a partir de las bacterias?

Jessica precisa que no es tan lejano “pues nosotros hemos hecho unas escaladas pequeñitas y hemos logrado producir grandes cantidades de nanopartículas con un mínimo volumen de bacterias y el proceso es eficiente, porque ya tenemos optimizada la concentración de bacterias que se requiere para sintetizar equis cantidad de nanopartículas”.

Y ya lo probaron. A buena escala no precisamente con nanopartículas, pero ya experimentaron con celdas solares. “Ya lo hemos probado. Y ya está publicada parte de esta investigación. En el laboratorio se hicieron con bacterias que sintetizaban pigmento, una ceda que se hizo en el laboratorio utilizando pigmentos de bacterias antárticas para las celdas. Y si bien esos pigmentos o compuestos no son nanopartículas, son algo similar. Entonces teníamos experiencia en montaje y ensamblaje de celdas solares con compuestos biológicos, pero no con nanopartículas”. Sin embargo se puede y saben que funcionan con nanopartículas porque a nivel experimental ya lo han probado y tienen montada la celda en el laboratorio. Jessica explica que la apuesta ahora es encontrar nanopartículas resistentes a la radiación UV, lo cual las tiene de cabeza buscando en la Antártica, en donde han salido a muestrear bajo las dependencias de las inclemencias atmosféricas extremas y lo que estas permiten y a donde las acompañé en varias jornadas.

“Las muestras biológicas son tomadas en distintos puntos de la península antártica, como Cupermine, Base Escudero, isla Decepción, Base O’Higgins, etc.”, precisan las científicas que, dicho sea de paso, para poder logarlo están a bordo, junto a otros equipos de investigación, del buque Aquiles de la Armada de Chile, en el cual se ha desarrollado parte de la ECA Marítima 2019. En este sentido, el trabajo y colaboración de la Armada es crucial para el desarrollo de la actividad científica antártica y en esta expedición se preocuparon y ocuparon de que los científicos a bordo pudiesen no sólo estar lo más confortables posible y que pudiesen cumplir con sus planificaciones, sino por sobre todo, que estuvieran, dentro de lo extremo de la aventura, lo más a salvo posible.

TODO POR LA CIENCIA

De muestra un botón: Una ventana de condiciones atmosféricas “favorables” para bajar del buque e ir a tomar muestras se dio un día alrededor de las doce de la noche cerca de la zona de una base Polaca. Y ahí tuvimos que bajar, por una compuerta del buque, por una escalera de cuerdas y palos de madera, hacia un zodiac que se golpeaba contra el buque por el oleaje, a oscuras y nevando, para llegar a una costa también a oscuras luego de atravesar en el mar por sobre una suerte de franja de frapé muy extensa de hielo molido en grandes tamaños producto de los desprendimientos de un glaciar cercano que rugía cada tanto como explosión minera, y nada, abajo y a tomar muestras a punta de linterna.

Avanzamos con cuidado en medio de la nada y al mismo tiempo de todo. Con las luces de las linternas íbamos descubriendo que esos extraños montículos que a ojo desnudo con dificultad podíamos distinguir, no eran otra cosa que pingüinos y más pingüinos que se regaban por toda la costa de aquella bahía y que en el opuesto teníamos una gran pared montañosa.

Los glaciares seguían rugiendo y desprendiendo enormes bloques de hielo cuando Jessica y María decidieron subir una empinada colina difícil de trepar en donde era también difícil mantenerse equilibradamente en pie. Tomaron sus muestras a punta de linternas, con todo el estricto proceso que eso significa, es decir, registrando cada paso, clasificando y rotulando, guardando todo con rigor y dejando el lugar de muestreo lo menos intervenido posible, todo, mientras a no más de tres metros una enorme ave antártica nos observaba tan nerviosa como amenazante.

Una jornada extenuante y exitosa, sin duda. De regreso, claro, tuvimos que pasar con el zodiac por sobre una franja aún más grande de hielo frapé, lo que nos obligó a remar a ratos en vez de usar los motores.

Pero todo es por la ciencia y estas mujeres científicas, con una alegría evidente, enfrentaron la expedición sin reparar en aquellas condiciones. Y es que francamente qué importancia pueden tener aquellas condiciones extremas cuando haces lo que te apasiona y además estás haciendo trabajo de campo en un lugar maravilloso y alucinante, lo más parecido a salir del planeta, en medio de una belleza para cuya descripción no alcanzan las palabras. Y además haciendo un trabajo que eventualmente significará un eslabón más de la lucha por salvar el planeta. Todas coincidimos en algo: es un privilegio.

Y María lo enfatiza al concluir que “buscamos, con esto de que sea bio, demostrar que los procesos se caracterizan también por ser más eficientes, ecosustentables y de menor costo”, y subraya Jessie que “nuestra apuesta es a generar la misma eficiencia de una celda solar convencional pero con todo lo ecoamigable que viene con nuestro método de síntesis”, coincidiendo ambas, categóricamente, en que “así también buscamos que no toda la investigación se quede en ciencia nada más y que termina en una publicación, sino que queremos dar el siguiente paso que es el de la biotecnología y llegar a un producto” y para lo cual cuentan con todo el apoyo de su universidad y del INACH.

Sin duda alguna, van a hacer historia.