Introducción a la Bioquímica Ambiental PDF

TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA AMBIENTAL. 1. DEFINICIONES. 1.1. BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL. La biotecnología consiste en el uso de organismos (vivos o no, ya que también se pueden utilizar parte de ellos, como las enzimas) y/o procesos biológicos para obtener bienes y servicio...

TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA AMBIENTAL. 1. DEFINICIONES. 1.1. BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL. La biotecnología consiste en el uso de organismos (vivos o no, ya que también se pueden utilizar parte de ellos, como las enzimas) y/o procesos biológicos para obtener bienes y servicios con potencial fin comercial. La biotecnología ambiental consiste en el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos (vivos o no) para la remediación de ambientes contaminados (tierra, aire, agua) y para el desarrollo de procesos amigables con el ambiente (tecnologías de manufactura verde y desarrollo sostenible). Se encuentra en auge, sobre todo, el tema de biofertilizantes y biodegradación de plásticos. Es necesario conocer el metabolismo asociado a los bioprocesos ambientales (bioquímica ambiental), tanto a escala de laboratorio como en la naturaleza. De este modo, para establecer las relaciones biotecnológicas hay que definir los posibles metabolitos e interacciones del medio con los microorganismos, plantas y animales. La bioquímica ambiental y la biotecnología ambiental están íntimamente relacionadas y, a su vez, relacionadas con otras ramas de conocimiento como la ecología, genética, toxicología, agronomía, bioquímica, biología celular y molecular… A día de hoy, hay 2 ramas nuevas de la Biología que están cobrando cada vez mayor importancia:  Biología de sistemas: campo de investigación de los procesos biológicos en el que las interacciones de los elementos, internos y externos, que influyen en el desarrollo del proceso se representan con un sistema matemático. Es decir, integra las distintas ómicas para predecir una respuesta frente a un estímulo.  Biología sintética: síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. Se encarga de reensamblar una ruta sintética totalmente conocida para bien producir un producto de interés o bien biorremediación. 1.2. CONTAMINACIÓN. Un contaminante es toda sustancia presente en el ambiente que pueda tener efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente en su conjunto. La contaminación es el desequilibrio entre la entrada (producción) y la salida (descomposición) de compuestos de los ecosistemas como consecuencia de una perturbación del transporte (horizontal) de materia, que no ha sido asimilada por la evolución. Un ejemplo de contaminación sería la producida por el desequilibrio entre la producción y descomposición de cianuro a lo largo de los últimos años. Por tanto, la contaminación es consecuencia de las perturbaciones del ser humano sobre el ecosistema, siendo las principales:  Destrucción de hábitats.  Sobreexplotación.  Introducción de especies de interés. Para combatir la contaminación, debemos tener una estrategia basada en aumentar el retorno y/o disminuir la entrada de contaminantes. En ella, juegan un papel fundamental los microorganismos (bacterias y hongos), pues las bacterias se pueden alimentar de cualquier contaminante y, gracias a su gran frecuencia de mutación (cada gen muta 2,5 veces por minuto), pueden ser empleadas en biorremediación. 1  1.3. RESPIRACIÓN CELULAR. Vamos a establecer una clasificación a modo de recordatorio sobre la respiración celular: Características RESPIRACIÓN AEROBIA RESPIRACIÓN ANAEROBIA FERMENTACIÓN Bacterias aerobias, Bacterias anaerobias Levaduras anaerobias, Organismos animales, vegetales y algas (estrictas y facultativas) bacterias anaerobias Requiere oxígeno Sí No No Óxido-reducción de Oxidación incompleta de azúcares, ácidos Oxidación completa de la sustancias orgánicas para Proceso dicarboxílicos, ácido glucosa producir otros láctico y moléculas compuestos orgánicos inorgánicas Sustancia receptora de Moléculas inorgánicas Moléculas orgánicas Oxígeno electrones (sulfato, nitrato, CO2…) (glucosa) Etanol, ácido láctico, Productos formados CO2 y H2O N2, sulfuros, CH4, Fe2+ metano… 2 ATP/mol de glucosa (a Energía 36 ATP/mol de glucosa 2 ATP nivel de sustrato) 2. CONTAMINACIÓN ATMOSF ÉRICA: CO 2 , CH 4 , N 2 O Y GASES FLUORADOS. La atmósfera está contaminada por gases como el CO2, el CH4, el N2O o los gases fluorados. La mayoría de los contaminantes emitidos derivan de la generación de electricidad de recursos no renovables, la agricultura, la industria y del transporte. La contaminación atmosférica se puede clasificar atendiendo a diversos criterios:  Según su naturaleza: natural o artificial.  Según la fuente: estacionaria o móvil.  Según su origen: primarios o secundarios. Los contaminantes secundarios son los que se han transformado por fotooxidación de los contaminantes primarios. Su origen reside en el smog fotoquímico, que se produce cuando hay reacciones fotoquímicas, es decir, que los químicos (gases) reaccionen a la exposición a la luz solar. En la gráfica de la derecha observamos el tiempo de resiliencia del gas frente a su dispersión.  OH, NO3 y HO2: presentan radicales de vida corta. Por tanto, no presentan mucho tiempo de resiliencia, por lo que no les da tiempo a dispersarse en el ambiente.  H2O2, NOX, SO2, CH2O, CO, O3: contaminantes del aire. Tienen mayor tiempo de resiliencia y, por tanto, mayor dispersión.  CO2, CH4, N2O: contaminantes de vida larga y responsables del efecto invernadero. Al aumentar su tiempo de resiliencia, pueden dispersarse horizontalmente en el aire mucho más. Asimismo, cabe destacar que los gases fluorados son los que tienen mayor potencial de calentamiento global (PCA) para un tiempo determinado. 2  2.1. CONTAMINACIÓN ATMOSF ÉRICA POR CO 2. El dióxido de carbono (CO2) es producido de forma natural por los animales durante la respiración y a través de la descomposición de la biomasa. Además, puede entrar en la atmósfera a través de la quema de combustibles fósiles y reacciones químicas. Durante la fotosíntesis, las plantas lo eliminan de la atmósfera. Por tanto, los bosques desempeñan un papel importante en la captura de carbono. En los últimos años se ha producido un incremento de CO2 bastante significativo y, como consecuencia, la temperatura media global ha ascendido. Sobre todo, el CO2 es liberado por el transporte, la electricidad y la industria. La gráfica de la izquierda representa las emisiones globales de carbono frente a la producción de plástico. Vemos que ambas son proporcionales, pero en esta gráfica no podemos sacar ningún tipo de conclusión sobre la causalidad. Sin embargo, cabría esperar que sea la producción de plásticos la que produzca CO2 y no al revés. Las diferentes oportunidades para reducir el dióxido de carbono son:  Cambio de plásticos recalcitrantes por biodegradables.  Biorremediación de plásticos recalcitrantes.  Generación de nuevos materiales. 2.2. CONTAMINACIÓN ATMOSF ÉRICA POR CH 4. El metano (CH4) es un gas incoloro que constituye el principal componente del gas natural. Sus emisiones proceden de la producción de gas natural y petróleo, la fermentación entérica, las prácticas agrícolas, el uso del suelo y la descomposición de residuos orgánicos en vertederos municipales. Las diferentes oportunidades para reducir el CH4 son:  Biocaptura, tanto del metano producido en vertederos como del originado a partir del manejo de estiércol.  Biocombustibles. 2.3. CONTAMINACIÓN ATMOSF ÉRICA POR N 2 O. El óxido nitroso (N2O) se produce como resultado de la acción microbiana en el suelo, el uso de fertilizantes que contienen nitrógeno, la quema de madera y en la producción química. Es decir, el N2O se emite en actividades agrícolas. Las diferentes oportunidades para reducir el óxido nitroso son:  Cambios en los usos y manejos de suelos (biofertilizantes).  Cambio de combustibles por otros renovables (biocombustibles). PREGUNTA DE EXAMEN: Si quiero aislar un organismo desnitrificante, ¿dónde sería mejor muestrear: en un olivar o en un arrozal? ¿Y dónde debería muestrear: en el agua superficial o en el lodo? Si buscas aislar un organismo desnitrificante, es mejor muestrear en un arrozal y en el lodo. Debido a que los arrozales tienden a tener condiciones más húmedas y anaeróbicas, que son propicias para la actividad de los organismos desnitrificantes, y el lodo en el fondo de los arrozales es un lugar donde estos organismos suelen estar presentes debido a la descomposición de materia orgánica en condiciones anaeróbicas. 3  2.4. CONTAMINACIÓN ATMOSF ÉRICA POR GASES FLUORADOS. La contaminación atmosférica por gases fluorados se refiere a la presencia en la atmósfera de compuestos químicos que contienen flúor y que tienen un potencial de calentamiento global (PCG) significativo. En general, los gases fluorados son el tipo más potente y persistente de gases de efecto invernadero emitidos por actividades del ser humano. Todos los gases fluorados tienen origen antropocéntrico, no son naturales y tienen grandes efectos perjudiciales. Sin embargo, su tiempo de resiliencia es muy grande. Por tanto, hemos hecho un daño que va a tardar mucho en remediarse. Se dividen en cuatro categorías principales: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC), hexafluoruro de azufre (SF6) y trifluoruro de nitrógeno (NF3). 3. ORIGEN DE LA VIDA. La evolución biológica y el ambiente han coexistido e interrelacionado desde el inicio de los tiempos. Esta es otra rama de estudio de la bioquímica ambiental y su comprensión puede dar lugar al desarrollo de aplicaciones biotecnológicas. A lo largo de la historia, el ambiente ha sido determinante para que se produzca la evolución, ya que ha ido permitiendo la expansión de la vida progresivamente a partir de su origen (3.500 millones de años atrás). En los primeros 2.000 millones de años de la Tierra se produjeron cambios planetarios drásticos, junto con la evolución biológica. La aparición temprana de agua líquida persistente en la superficie, y la evidencia reciente que sugiere que la Tierra permaneció habitable durante el intenso bombardeo tardío, indica que la vida pudo haber surgido durante el periodo Hadeano, y la evidencia Paleoarcaica sugiere que una biota diversa se había desarrollado hace, al menos, 3.500 millones de años. El origen de la vida es uno de los misterios más profundos y desafiantes de la ciencia. Aunque no hay una teoría definitiva que explique cómo comenzó la vida en la Tierra, hay varias hipótesis y líneas de investigación que tratan de abordar este enigma. Es importante destacar que estas teorías no son mutuamente excluyentes, y es posible que varios de estos procesos hayan contribuido al origen de la vida en la Tierra. 3.1. MICROMOLÉCULAS. El origen de la vida se relaciona con la formación de micromoléculas orgánicas en la Tierra primitiva. Se cree que la vida comenzó con la síntesis de moléculas orgánicas simples a partir de elementos y compuestos químicos disponibles en ese momento. Los experimentos de Miller y Urey demostraron que era posible sintetizar compuestos orgánicos, incluyendo aminoácidos, a partir de sustancias químicas simples que se creía que estaban presentes en la atmósfera de la Tierra primitiva. En estos experimentos, Miller y Urey recrearon las condiciones que se creían que existían en la Tierra primitiva, incluyendo una atmósfera de metano, amoníaco, agua y vapor de agua (obtenidos a partir de nebulosas), y aplicaron energía en forma de descargas eléctricas para simular rayos. Estas condiciones generaron reacciones químicas que produjeron una variedad de compuestos orgánicos, incluyendo aminoácidos, que son los bloques de construcción de las proteínas. 4 La implicación de estos experimentos es que las condiciones de la Tierra primitiva podrían haber facilitado la síntesis de moléculas orgánicas a partir de elementos y compuestos simples que estaban disponibles en ese momento. Esto sugiere que los precursores químicos necesarios para la vida podrían haber estado presentes en la Tierra primitiva y haber contribuido al origen de la vida. En resumen, al condensarse el planeta, este se enfrió y perdió todo el hidrógeno, haciéndose inapropiado para la generación de precursores orgánicos prebióticos. 3.1.1. PAPEL DEL CIANURO. El cianuro, a pesar de ser tóxico para la vida tal como la conocemos, ha sido considerado como un posible actor en la formación de moléculas complejas en el origen de la vida. Se ha sugerido que el cianuro pudo haber contribuido a la síntesis de aminoácidos y bases nitrogenadas, elementos fundamentales para la vida, en la Tierra primitiva. Aunque el cianuro fue un precursor en la síntesis de algunos componentes esenciales, este no dio lugar a todos los elementos de la vida, por lo que fueron necesarios otros compuestos. 3.1.2. PAPEL DE LA FORMAMIDA. La formamida ha sido propuesta como un posible reactante en la síntesis de precursores de moléculas biológicas, como aminoácidos y bases nitrogenadas, en las condiciones prebióticas de la Tierra primitiva. La formamida es una molécula relativamente compleja que contiene carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, y es capaz de participar en una variedad de reacciones químicas que podrían haber contribuido a la formación de moléculas orgánicas esenciales para la vida. 3.1.3. PAPEL DEL VANADIO. Existe un consenso de que la interacción de moléculas orgánicas con las superficies de minerales naturales podría haber jugado un papel crucial en la evolución química y la formación de complejos en una era prebiótica. El vanadio es un metal presente en enzimas de gran importancia, como la vanadio haloperoxidasa y la vanadio nitrogenasa (encargada de fijar nitrógeno atmosférico). 3.2. TEORÍAS DE LA EVOLUC IÓN. Las teorías de la evolución explican cómo a partir de (casi) nada hemos formado moléculas. 3.2.1. PANSPERMIA. La hipótesis de la panspermia sugiere que la vida no se originó en la Tierra, sino que llegó a nuestro planeta desde el espacio exterior a través de meteoritos, cometas u otros cuerpos celestes. Según esta teoría, los microorganismos o compuestos orgánicos esenciales para la vida podrían haber sido transportados a la Tierra desde otros lugares del universo. Esta teoría postula que los cometas albergan un componente biológico viable en forma de bacterias y virus que llevaron al origen y evolución de la vida en la Tierra. Los datos que la apoyan son:  Espectros infrarrojos (IR), visuales y ultravioleta (UV), de polvo interestelar (cometa Halley en 1986, cometa Hale-Bopp en 1997, cometa Tempel I en 2005).  El descubrimiento de un aminoácido y productos de degradación atribuibles a la biología en el material recuperado de la Misión Stardust en 2009.  Chorros del cometa Lovejoy que muestran tanto un azúcar como un alcohol etílico.  Un conjunto diverso de datos que ha surgido de la misión Rosetta. Además, existen estudios que demuestran que en los meteoritos había restos de quinonas (compuestos que contribuyen en las transferencias electrónicas). Esto sugiere un interrogante: ¿contribuyeron estas quinonas a la aparición de los gradientes de protones transmembrana? 5 La astrobiología consiste en el estudio de los organismos en el espacio o sometidos a condiciones espaciales. Existen diferentes estrategias para acceder a la materia oscura microbiana extrema:  Cultivos estándar. Es un método tradicional que se basa en tomar el microorganismo que quiero del suelo y aislarlo. Sin embargo, no es un método útil porque el 99% de los microorganismos no son cultivables.  Culturomics: campo de investigación que utiliza análisis de datos masivos y procesamiento de lenguaje natural para estudiar tendencias culturales y sociales a partir de grandes conjuntos de datos textuales. Utiliza muchos más cultivos a la vez.  Cocultivo: se utiliza cuando se requiere más de un organismo para llevar a cabo un cultivo.  Cultivo in situ. Como los microorganismos están retenidos en una serie de membranas, todo lo que excretan va a fluir entre ellos.  Cultivo de células objetivo: crecimiento y mantenimiento de células específicas en un entorno controlado en el laboratorio. Por ejemplo, si queremos aislar biodegradadores de plásticos, los cultivamos en un medio cuya fuente de carbono sea el plástico (alejado de la luz, ya que esta podría ser utilizada como fuente de energía). Los microorganismos que puedan crecer y degradar eficazmente el plástico en estas condiciones se considerarían biodegradadores de plásticos. 3.2.2. SOPA PREBIÓTICA. La "sopa prebiótica" es una hipótesis que sugiere que la vida en la Tierra pudo haberse originado a partir de una mezcla compleja de compuestos químicos orgánicos en un caldo primordial o "sopa" en los océanos de la Tierra primitiva. En un “caldo universal primario” (océanos enriquecidos en materia orgánica) se forman coacervados, microesferas originadas al interaccionar polímeros de carga opuesta en condiciones de fuerza iónica y pH apropiados (Oparin, 1924). Estos coacervados serían los que, posteriormente, evolucionaron a células. Las células primordiales habrían sido heterótrofas anaerobias que fermentaban las micromoléculas del medio y acoplaban las reacciones redox con fosforilaciones a nivel de sustrato. Presiones selectivas posteriores propiciarían la evolución de los procesos metabólicos independientes de la síntesis abiótica con el fin del reciclaje de la materia. La teoría de la sopa primordial también recibe el nombre de hipótesis de Oparin-Haldane, e incluye una serie de principios básicos:  Atmósfera primigenia reductora que, a lo largo del tiempo, se vio sometida a diferentes formas de energía, como enormes descargas eléctricas y temperaturas muy elevadas. Fue esto lo que favoreció la formación de compuestos orgánicos simples.  Acumulación de compuestos orgánicos simples en un caldo en las primeras masas de agua, con mayor concentración en las líneas costeras.  Combinación de estos compuestos entre sí, dando lugar a polímeros más complejos, a partir de los cuales surgió la vida. 3.2.3. MUNDO DEL HIERRO-AZUFRE. SERPENTINIZACIÓN Y FUENTES HIDROTERMALES VOLCÁNICAS. El "mundo del hierro-azufre" se refiere a un entorno geológico extremo que se encuentra en las profundidades del océano, donde las fuentes hidrotermales volcánicas y la serpentinización son procesos geológicos clave. La hipótesis propone que la vida temprana puede haberse formado en la superficie de minerales de sulfuro de hierro, de ahí el nombre. Fue desarrollado mediante retrodicción (hacer una "predicción" sobre el pasado) a partir de la bioquímica existente (bioquímica no extinta y sobreviviente) junto con experimentos químicos. Los humeros submarinos, ricos en Fe(II) y H2S (ácido sulfhídrico), serían un posible escenario para la síntesis prebiótica de micromoléculas y su ulterior evolución en tres fases (Precelular → Semicelular → Celular) en las que sucesivamente predominarían el metabolismo de superficie, el de superficie/membrana/citosol y el de membrana/citosol. La reacción principal sería la fijación autocatalítica de CO2 (y CO), impulsado por la formación oxidativa de pirita. 6 La serpentinización es un proceso que consiste en la hidrólisis y transformación de rocas ultramáficas (ricas en olivino y piroxeno) de la corteza. Esta habría posibilitado el suministro continuo de hidrógeno, metano, formiato y amoníaco, así como calcio y trazas de acetato, molibdeno y tungsteno a los humeros submarinos. La serpentinización puede contribuir indirectamente a la producción de AcCoA a través de la liberación de hidrógeno y su posterior utilización por microorganismos metanógenos en ciertos ambientes geológicos donde ocurre este proceso. Esta relación destaca la interconexión entre la geología, la geoquímica y la microbiología en la Tierra y podría tener relevancia para la búsqueda de vida en otros lugares del universo. Las fuentes hidrotermales volcánicas son aberturas en el lecho marino a través de las cuales el agua de mar penetra en la corteza terrestre y se calienta debido a la actividad volcánica subyacente. A medida que el agua se calienta, disuelve minerales del subsuelo, como hierro y azufre, creando soluciones ricas en estos elementos. La relación que tienen las fuentes hidrotermales volcánicas con el origen de la vida es que son polímeros encapsulados en lípidos que pueden sintetizarse mediante ciclos de hidratación y deshidratación para formar protocélulas. Asimismo, puede producirse la difusión de productos entre las protocélulas vecinas y red de interacciones dentro de los agregados de protocélulas que se forman en la fase de gel húmedo de un ciclo húmedo-seco. Sin embargo, existen problemas del mundo hierro-azufre:  En un campo hidrotermal subaéreo de abiogénesis la química propuesta no se parece a las reacciones bioquímicas conocidas.  La abundancia de campos hidrotermales subaéreos habría sido rara y no habría ofrecido protección ni contra los meteoritos ni contra la irradiación ultravioleta.  Los minerales arcillosos de los campos hidrotermales subaéreos absorberían reactivos orgánicos.  El pirofosfato tiene baja solubilidad en agua y no se puede fosforilar sin un agente fosforilante.  No ofrece explicaciones sobre el origen de la quimiosmosis ni las diferencias entre Archaea y Bacteria. 3.2.4. MUNDO DEL ARN. La teoría del mundo del ARN propone que el ARN desempeñó un papel fundamental en el origen de la vida. El ARN es una molécula que puede actuar tanto como portadora de información genética como catalizadora de reacciones químicas. Se sugiere que, en una etapa temprana, las moléculas de ARN autorreplicantes podrían haber sido capaces de realizar las funciones esenciales para la vida antes de la aparición del ADN y las proteínas. Las moléculas de ARN podían crecer en la Tierra primitiva porque:  Presentaba un ambiente prebiótico con los monómeros adecuados.  Cumplía las condiciones para formar polirribonucleótidos.  Tienen capacidad de autorreplicación. Sin embargo, según Joyce:  No es imposible que se pudieran formar β-D-nucleótidos activados y su polimerización.  Puede que la vida no comenzara con RNA, sino con polímeros análogos o precursores.  RNA precedido por sistemas autorreplicadores como arcillas politípicas o péptidos. Asimismo, existen otras moléculas parecidas que no son RNA que pudieron haber dado lugar al origen de la vida. Algunos ejemplos son el FNA (ácido nucleico flexible), el GNA (ácido nucleico de glicerol), el PNA (ácido nucleico peptídico)… 7  3.3. LUCA. "LUCA" es un acrónimo que significa "Último Antepasado Común Universal" ("Last Universal Common Ancestor"). Se refiere a la hipotética población de organismos unicelulares de la que se cree que todos los seres vivos en la Tierra actualmente descenderían. En otras palabras, LUCA representa el ancestro común más reciente de todos los seres vivos en nuestro planeta. Se cree que LUCA vivió hace miles de millones de años, poco después del surgimiento de la vida en la Tierra, en un ambiente primitivo y microbiano. La idea de LUCA se basa en la evidencia de que todos los organismos conocidos comparten ciertas similitudes genéticas y bioquímicas fundamentales, como el uso del ADN como material genético y el código genético universal. En cambio, no es empíricamente razonable que un único antepasado genómico diera lugar a toda la vida existente. Sin embargo, sí es que coexistieron varios linajes que se extinguieron, pero contribuyeron a la dotación genómica de LUCA por transferencia horizontal de genes. Por tanto, “LUCA” fue, en realidad, una comunidad que, ontológicamente, fuese inadecuada para una entidad biológica única. Las características de LUCA que apoyan la teoría del origen autotrófico de la vida en ambientes hidrotermales son:  Procariota: presenta nucleoide, ribosomas 70S y reproducción por fisión.  Material genético: ADN y capacidad de conjugación.  Termófilo anaeróbico.  Fijador de CO2 y N2.  Dependiente de H2.  Dependiente de metales.  Compuestos carbonados por el ciclo de Wood Ljungdahl (o ruta reductora del AcCoA). 3.4. ARQUEAS ASGARD. Las arqueas Asgard son un grupo de microorganismos arqueas que ha generado un gran interés en la investigación científica debido a su papel potencial en la comprensión del origen de la vida y la evolución de las células eucariotas, que forman parte de organismos más complejos, como plantas, animales y hongos. Asgardarchaeota, Asgard o Asgardia es un filo o supergrupo de arqueas recientemente definido. El análisis genético de las archaea del grupo Asgard las coloca cerca del linaje de las células eucariotas, con versiones de genes que hasta ahora se habían descrito como específicos de eucariotas. Por lo tanto, los eucariotas surgimos de las arqueas Asgard, tras la incorporación de una mitocondria (rasgo taxonómico único de eucariotas). Bacteria Arquea Eucariota Lípidos de membrana Unión éster Unión éter Unión éster Metanogénesis No Sí No Hasta hace poco, las arqueas Asgard eran conocidas a través de análisis metagenómicos que implicaban la extracción y secuenciación de material genético de muestras ambientales. Años atrás, en un biorreactor se replicaron las condiciones naturales donde debían de estar las células (3000 metros bajo el mar, 2ºC, completa oscuridad), pero solo consiguieron cultivar cuando hicieron co-cultivos con los microbios de su entorno, con lo que establecen relaciones de sintrofia con aminoácidos. La obtención y cultivo de arqueas Asgard representan un avance significativo en la investigación. 8  4. CONCLUSIÓN. La nitrificación es un proceso biogeoquímico en el ciclo del nitrógeno en el que los compuestos de amonio (NH4+) se transforman en nitrato (NO3-) a través de una serie de reacciones químicas mediadas principalmente por microorganismos. A pesar de ser dos reacciones exergónicas (termodinámicamente favorables), tradicionalmente, se ha considerado que ocurre entre 2 organismos. Sin embargo, recientemente se ha descubierto un organismo, Nitrospira, que es capaz de llevar a cabo ambas reacciones. Por otro lado, el pentaclorofenol o PCF (nombre químico: 2,3,4,5,6-pentaclorofenol) es producto sintético (xenobiótico) cuyo uso se encuentra sumamente restringido, pues está prohibido su uso como plaguicida o biocida, en todas sus formulaciones y usos, por ser dañino para la salud humana y el medio ambiente. Se empezó a comercializar en 1936. Al ser un compuesto con 5 cloros, es muy difícil de degradar. Sin embargo, a partir de 1985, se empezaron a descubrir microorganismos capaces de degradar pentaclorofenol. Es decir, los microorganismos se fueron adaptando a las condiciones del ambiente para poder sobrevivir. 5. RESUMEN. Existe una estrecha relación entre la bioquímica ambiental y la biotecnología ambiental, de forma que, para el desarrollo de estrategias biotecnológicas dirigidas y con mayores probabilidades de éxito, se ha de descifrar el metabolismo subyacente a los procesos bajo estudio. El principal objeto de estudio, pero no el único, de la bioquímica y la biotecnología ambientales es la biorremediación y la biodegradación. En este aspecto, la bioquímica ambiental se torna necesaria para el desarrollo de estrategias biotecnológicas que permitan disminuir la contaminación ambiental por dióxido de carbono, metano y óxido nitroso. El estudio de procesos metabólicos a nivel ambiental permite contribuir en el desarrollo del conocimiento sobre el origen de la vida puesto que, en la mayoría de las ocasiones, el origen de la vida está relacionado con la aparición o desarrollo de diferentes estrategias metabólicas en diferentes localizaciones y bajo diferentes condiciones. En algunas ocasiones el descubrimiento de estos procesos es fortuito, como sucedió con las arqueas Asgard. Sin embargo, en otras ocasiones, cuando se desarrolló el conocimiento suficiente sobre un determinado proceso, se pudo prever otro desconocido. Es el caso de la postulación de la existencia de la COMAMMOX (oxidación completa del amonio en un solo organismo) 9 años antes de que se pudiera demostrar experimentalmente (tras bioaumentar unas muestras durante 4 años tomadas, a su vez, de un sitio donde nadie hubiese mirado). Del mismo modo, estudios de bioquímica y biotecnología ambientales han permitido describir las estrategias de biodegradación de pentaclorofenol, un plaguicida que se usó durante solo 50 años antes de que se empezasen a describir procesos bioquímicos de su degradación. Se espera, asimismo, que para otros xenobióticos (como los plásticos sintéticos), se puedan desarrollar estrategias biotecnológicas tras su caracterización bioquímica. Para ello se hará uso de las últimas aproximaciones metodológicas y técnicas, como las ciencias ómicas y metaómicas. 9