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Las bacterias oxidantes de hidrógeno son un grupo de bacterias autótrofas facultativas que pueden usar hidrógeno como donante de electrones.

Se pueden dividir en aerobios y anaerobios. Los primeros usan hidrógeno como donador de electrones y oxígeno como aceptor, mientras que los segundos usan sulfato o dióxido de nitrógeno como aceptores de electrones.^[1] Algunas especies de ambos tipos de bacterias se han aislado en diferentes ambientes, por ejemplo, en aguas dulces, sedimentos, suelos, lodos activos, aguas termales, respiraderos hidrotermales y aguas de filtración.^[2]

Estos organismos son capaces de aprovechar las propiedades especiales del hidrógeno molecular (por ejemplo, potencial redox y coeficiente de difusión) gracias a la presencia de hidrogenasas. Las bacterias aerobias oxidantes de hidrógeno son autótrofas facultativas, pero también pueden tener un crecimiento mixotrófico o completamente heterótrofo. La mayoría de ellos muestran un mayor crecimiento sobre sustratos orgánicos. El uso de hidrógeno como donante de electrones unido a la capacidad de sintetizar materia orgánica, a través de la asimilación reductora de CO2, caracterizan a las bacterias oxidantes de hidrógeno. Entre los géneros más representados de estas bacterias se encuentran: Caminibacter, Aquifex, Ralstonia, Paracoccus y Venenivibrio.^[3]

Fuentes de hidrógeno

El elemento más extendido en la Tierra es el hidrógeno, que representa alrededor de las tres cuartas partes de todos los elementos. En la atmósfera, su concentración es de aproximadamente 0,5-0,6 ppm, por lo que aquí representa el gas traza más abundante, después del metano. Por tanto, las bacterias pueden utilizar H2 como fuente de energía en varios procesos biológicos, también porque tiene un potencial redox muy negativo (E 0 '= -0,414 V). Puede acoplarse con diferentes compuestos:^[3]^[4]

- O2: se realiza la respiración óxica (H2 + 1 / 2O2 → H2O)

- Compuestos oxidados, como dióxido de carbono o sulfato.

En los ecosistemas, el hidrógeno se puede producir mediante procesos biológicos y abióticos.

Los procesos abióticos se deben principalmente a la producción geotérmica y la serpentinización. En el primer caso, el hidrógeno suele estar presente como gas y probablemente se puede obtener mediante diferentes reacciones:^[5]

1. El agua puede reaccionar con radicales de silicio a alta temperatura:^[6]

Si · + H2 O → SiOH + H ·

H · + H · → H2

2. La reacción propuesta entre óxidos de hierro y agua, a temperaturas superiores a 800 °C:^[7]

2FeO + H2 O → Fe2 O3 + H2

2Fe3 O4 + H2 O → 3Fe2 O3 + H2

Por otro lado, la serpentinización es un mecanismo geoquímico exotérmico que ocurre cuando, gracias a los movimientos tectónicos, las rocas ultramáficas se elevan y alcanzan el agua. Este proceso puede llevar a la producción de grandes cantidades de H2, pero también de metano y sustancias orgánicas.

Los principales mecanismos que conducen a la formación de hidrógeno, involucrando diferentes bacterias, son la fijación y fermentación de nitrógeno. El primero ocurre en algunas bacterias, como las cianobacterias heterocísticas y no heterocísticas, que tienen una enzima especializada, la nitrogenasa, que cataliza la reducción de N2 a NH4+. Además, estas bacterias tienen otra enzima, la hidrogenasa, que oxida el H2 liberado como subproducto. Por tanto, en este tipo de bacterias, la cantidad de hidrógeno producido depende de la relación entre H2 de producción y consumo. En algunos casos, el H2 puede estar presente en el medio ambiente porque las bacterias fijadoras de N2 pueden tener una cantidad baja de hidrogenasas. En cambio, la fermentación es realizada por algunas bacterias heterótrofas anaerobias estrictas o facultativas, en particular las del género Clostridia, que degradan las moléculas orgánicas, produciendo hidrógeno como uno de los productos. Por tanto, este tipo de metabolismo ocurre principalmente en sitios anóxicos, como sedimentos lacustres, respiraderos hidrotermales de aguas profundas y los intestinos animales.^[8]^[9]

Probablemente debido a los procesos bióticos, por ejemplo en los hábitats marinos se observó que las concentraciones de hidrógeno estaban sobresaturadas. En todos estos ambientes, las concentraciones más altas se dieron en los primeros metros, disminuyendo hasta la termoclina y alcanzando las concentraciones más bajas en los océanos profundos. A nivel mundial, los océanos tropicales y subtropicales parecen tener la cantidad más abundante de H2, mientras que la menor cantidad está presente en latitudes más altas. Sin embargo, se observó que la liberación de hidrógeno en los océanos depende de la radiación solar, mostrando un cambio diario con el pico máximo al mediodía. La fijación de nitrógeno, realizada por las cianobacterias, conduce a la producción de una molécula de H2 por lo menos. Este metabolismo se piensa que es el más importante implicado en el aumento de H2 en los océanos. A pesar de que existen algunas evidencias de esto, es necesario recopilar más datos para finalmente correlacionar los dos fenómenos.^[10]^[11]