La vida sin oxígeno: la cámara anaeróbica

¿Es posible la vida sin oxígeno?

Si bien muchas películas de ciencia ficción han popularizado la idea de que el oxígeno es un requisito esencial para la vida en general, ¡incluso en nuestro planeta existen organismos que no requieren oxígeno o para los cuales este es incluso letal!

La característica de estos organismos se denomina "anaerobiosis" (del griego aero y bios, por lo tanto, "vida sin aire") y la cámara anaeróbica es el instrumento que utilizan los científicos modernos para estudiarlos.

¿Qué es la Cámara Anaeróbica?

Una cámara anaeróbica es un entorno aislado diseñado para reducir drásticamente o incluso eliminar por completo los niveles de oxígeno en su interior. Además del oxígeno, otros parámetros ambientales como la temperatura y la humedad relativa suelen poder controlarse y ajustarse dentro de la cámara anaeróbica .

Cómo se fabrica una cámara anaeróbica

Existen diferentes modelos de cámara anaeróbica pero algunas características son comunes a todos.

En primer lugar, el interior de la cámara debe estar sellado herméticamente desde el exterior por razones obvias. Por lo tanto, para manipular las muestras introducidas en su interior, las cámaras anaeróbicas suelen tener puertas con guantes que permiten a los operarios intervenir en los cultivos bacterianos.

Otros elementos esenciales de la cámara son el control de la atmósfera interna y del oxígeno.

El ambiente libre de oxígeno se obtiene, de hecho, llenando el espacio con algún gas inerte, generalmente nitrógeno o argón.

Las cámaras anaeróbicas también están equipadas con sistemas de monitorización que controlan constantemente tanto la presencia de oxígeno en su interiorcomo otros parámetros ambientales, como la temperatura y la humedad relativa, para garantizar la precisión y la fiabilidad de la prueba.

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¿Para qué se utilizan las cámaras anaeróbicas?

Las cámaras anaeróbicas encuentran aplicación en diversos campos científicos, pero sobre todo en médica y farmacológica, ya que constituyen el entorno ideal para el cultivo y el estudio de ciertas especies de bacterias anaeróbicas, organismos que prosperan en ausencia de oxígeno.

Un análisis más detallado de este fascinante tipo de organismo puede encontrarse aquí. 

En la industria química, sin embargo, se utilizan para la manipulación de productos químicos sensibles al oxígeno y en la producción de materiales que requieren un entorno libre de oxígeno para mantener su integridad.

Cámaras de crecimiento no anaeróbicas

A pesar de su importancia fundamental en el estudio de los organismos anaeróbicos, las cámaras anaeróbicas son solo un tipo de una clase más amplia de instrumentos de laboratorio llamados cámaras de crecimiento.

Las cámaras de cultivo se definen como todos los instrumentos de laboratorio adecuados para el cultivo de microorganismos y plantas. Todas las cámaras de cultivo incorporan sistemas para regular parámetros ambientales, como la temperatura y la humedad relativa. La cámara anaeróbica, como hemos visto, también cuenta con sistemas de regulación de oxígeno, mientras que las cámaras de cultivo más tradicionales disponen de sistemas de iluminación tecnológicamente avanzados que simulan la luz solar.

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La cámara de crecimiento FDM

Durante más de 70 años, FDM – Environmental Makers ha diseñado instrumentos de laboratorio capaces de simular las condiciones ambientales más variadas en el campo de las pruebas climáticas.

Nuestras cámaras de cultivo reproducen el entorno ideal para el crecimiento de organismos aerobios, como cultivos bacterianos y vegetales. También construimos cámaras de cultivo a medida, como hicimos para la Universidad de Turín. Puedes leer más sobre ello aquí.

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Normas de referencia

• ISO 14853 — Plásticos: Determinación de la biodegradación anaeróbica final de materiales plásticos en un sistema acuoso, método de fase acuosa.
• DIN EN ISO 11734 — Calidad del agua: Evaluación de la biodegradabilidad anaeróbica final de compuestos orgánicos en lodos digeridos, ensayo en lodos digeridos.
• ASTM D5210 — Método de ensayo estándar para determinar la biodegradación anaeróbica de materiales plásticos en presencia de lodos de depuradora municipales.
• ISO 15985 — Plásticos: Determinación de la biodegradación anaeróbica final en condiciones de digestión anaeróbica con alto contenido de sólidos.
• CLSI M11 — Métodos para las pruebas de susceptibilidad antimicrobiana de bacterias anaerobias, referencia de microbiología clínica.

Fuentes autorizadas

• ISO – Organización Internacional de Normalización. Mantiene las normas ISO 14853 e ISO 15985 sobre biodegradabilidad anaeróbica.
• ASTM D5210. Norma estadounidense para la biodegradabilidad anaeróbica de plásticos en lodos de depuradora.
• CLSI – Instituto de Estándares Clínicos y de Laboratorio. Se ha publicado la norma CLSI M11 para la susceptibilidad antimicrobiana de bacterias anaerobias.

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Preguntas frecuentes sobre la cámara anaeróbica

¿Qué métodos existen para crear condiciones de anaerobiosis?

Tres métodos principales con niveles crecientes de rigor. Sistemas Gaspak (Becton Dickinson, Oxoid AnaeroGen): bolsas generadoras de gas en frascos sellados, consumen O2 residual mediante reacción de ácido ascórbico/borohidruro de sodio produciendo atmósfera final. Técnica de Hungate: tubos de vidrio presurizados con gas anaeróbico puro (N2, N2/CO2, H2/CO2), cerrados con tapones de butilo, acceso con jeringas y agujas hipodérmicas purgadas. Alcanza niveles de anaerobios. Caja de guantes (Coy Laboratory, Whitley A35, Don Whitley): recinto rígido con sello de presión, atmósfera mantenida con 3-5% de H2 + N2 o N2/CO2, catalizador de Pd que consume O2 residual H2 -> H2O. Niveles

¿Composición típica de gases anaeróbicos?

La mezcla de gases depende de la aplicación. Estación de trabajo clínica anaeróbica (CLSI M11): 85 % N2 + 10 % CO2 + 5 % H2 , donde H2 se utiliza para el consumo catalítico de O2 a través de Pd y CO2 para amortiguar medios de Brucella o infusión cerebro-corazón. Investigación básica de metanógenos/arqueas : 80 % N2 + 20 % CO2 con adición masiva de H2 como sustrato metabólico. Biodegradación ISO 14853 : 70 % N2 + 30 % CO2 para mantener un pH estable del inóculo a través del equilibrio de bicarbonato. Cultivo de Clostridium toxigénico : purga previa de N2 puro durante 30 min, luego atmósfera de trabajo de 90 % N2 + 10 % CO2 con H2S presente como un metabolito bacteriano natural. La calidad del gas requerida es alta: N2 5.0 (99.999%), CO2 de grado alimenticio 4.5, H2 ultrapuro 5.0 con O2 residual < 1 ppm; todos los gases pasan por filtros oxisorb para su posterior desoxigenación. El monitoreo atmosférico con sensores electroquímicos de O2 (límite de 1 ppm) y CO2 NDIR (+/- 0.5%) debe ser continuo, con alarma en caso de exceder el límite.

¿Qué es el potencial redox?

El potencial redox Eh mide el estado de oxidación-reducción del medio acuoso, expresado en mV con respecto a un electrodo estándar de hidrógeno (SHE). El aire saturado de agua tiene un Eh de +400/+500 mV, mientras que un medio estrictamente anaeróbico tiene un Eh de -400 mV (rumen bovino, lodos digeridos). Para el cultivo de anaerobios estrictos (Clostridium botulinum, metanógenos, Desulfovibrio) agentes reductores: cisteína-HCl 0,05%, Na2S 0,025%, tioglicolato 0,075%, citrato de titanio(III) 1-4 mM para condiciones extremas. Un indicador redox como la resazurina (rosa -> incoloro a Eh -110 mV) indica visualmente la naturaleza anaeróbica del medio. La medición de Eh debe tener en cuenta la temperatura (+1 °C reduce Eh en ~1 mV) y el pH (correlación de Nernst). El software de biodegradación ISO 14853 calcula el Potencial Bioquímico de Metano (BMP) integrando la producción de CH4 + CO2 en el espacio de cabeza del gas frente a la presión y temperatura de referencia, con la deducción del control endógeno (inoculo sin sustrato).

Aplicaciones típicas: Clostridium, metanógenos, bacteroides?

Las aplicaciones clínicas de la cámara anaeróbica incluyen: diagnóstico de C. difficile en diarrea postantibiótica (cultivo en agar CCFA, PCR para toxinas A/B), aislamiento de Bacteroides fragilis de abscesos abdominales, identificación de Fusobacterium nucleatum en infecciones ENT y cultivo de Peptostreptococcus en endometritis. Tiempo de incubación 48-72 h a 37 °C con lectura de colonias MALDI-TOF para identificación rápida. Las aplicaciones biotecnológicas incluyen: estudio de metanógenos Methanobacterium formicicum y Methanosarcina para biogás de digestores anaeróbicos, producción de butanol con fermentación ABE de C. acetobutylicum , producción de ácido succínico con Actinobacillus succinogenes y biosíntesis de cofactores B12 con Propionibacterium . Aplicaciones medioambientales : Biodegradación de plásticos compostables (PLA, PHA, a base de almidón) con inoculación a partir de digestato mesófilo a 35 °C / digestato termófilo a 55 °C durante 60-90 días, cuantificación de CO2 + CH4 frente a celulosa de referencia, cálculo del % de mineralización. La cámara de investigación anaeróbica debe tener un volumen de 150-500 L, dos esclusas de aire independientes, un sistema de depuración de H2S para la protección del operador y registro continuo de datos de atmósfera, temperatura y humedad.