Diariamente nos encontramos rodeados de aparatos y máquinas, pero pocas son las personas que se detienen un momento a preguntarse sobre su funcionamiento. Por ejemplo, sabemos que el refrigerador funciona con electricidad, pero ¿acaso entendemos cómo logra enfriar la comida? Como este, hay muchos ejemplos de fenómenos físicos sobre los que raramente nos preguntamos algo acerca de su naturaleza. A continuación, vamos a profundizar en uno de esos fenómenos fascinantes que existen a nuestro alrededor: los campos eléctricos.

     Probablemente el término campo eléctrico apantalle un poco al escucharlo pero, por increíble que parezca, la realidad es que los campos eléctricos están presentes por doquier y tienen muchas aplicaciones, una de las más comunes es en la red eléctrica de las casas.

     Estos campos son en realidad un fenómeno natural consecuencia de la electricidad, que ha llamado la atención de la humanidad desde hace miles de años (Moller, 1991), atención que tuvo su punto más conocido cuando Benjamin Franklin, en el siglo XVIII, realizó su famoso experimento: en medio de una tormenta hizo volar una cometa con punta metálica unida a un hilo de seda con una llave de metal atada al final sostenida por un segundo hilo de seda; una vez que la tormenta se intensificó y el primer hilo comenzó a cargarse eléctricamente, Franklin observó cómo ambos hilos se repelían uno al otro (Martínez, 2010). En este experimento se formaron campos eléctricos.

 

 

     Desde entonces, el estudio de la electricidad ha pasado por muchos nombres famosos, como Tesla y Edison. Con el paso del tiempo se ha trabajado en el desarrollo de nuevas y cada vez más sofisticadas tecnologías que han facilitado el aprovechamiento de los campos eléctricos y, gracias a ello, cotidianamente convivimos con gadgets y aparatos eléctricos que funcionan en diferentes intervalos de frecuencias e intensidades; además, dentro de los laboratorios de investigación surgen nuevos intereses y la curiosidad de explorar desde sus efectos sobre la salud humana hasta sus beneficios sobre microorganismos.

 

 

     Para entenderlo mejor es necesario saber primero qué es un campo eléctrico. El diccionario de la Real Academia Española lo define como “una región del espacio en cuyos puntos está definida la intensidad de una fuerza eléctrica” (RAE, 2022). Esto significa que cuando se aplica una corriente eléctrica, el espacio alrededor va a sufrir una serie de fuerzas de atracción y repulsión debidas a la propia naturaleza de las cargas eléctricas (negativas), así como a lo que se localice inmerso en él, lo que puede ocasionar un movimiento de migración de las cargas que resulta en el reordenamiento de estas.

 

 

     Pensemos en un típico juego infantil en el que hacemos jalar la cuerda a un grupo de niños distribuidos de manera aleatoria, con la particularidad de que en un lado habrá un grupo más numeroso; lógicamente, en algún punto uno de los grupos se va a inclinar hacia el lado que genera más fuerza y van a tender a moverse de un punto A al punto B; conforme avance el juego se irá deformando más y más la postura de los niños, lo cual puede favorecer –o no– el jalar la cuerda. De la misma forma que los niños se reordenan según la fuerza, las partículas o moléculas que se someten a un campo eléctrico experimentan el mismo reordenamiento.

     El ejemplo anterior es una forma simple de lo que podemos intuir que sucede cuando se somete un material a un campo eléctrico, aunque este, en realidad, es un poco más complejo de entender. Actualmente, la aplicación de campos eléctricos en sistemas biológicos u orgánicos resulta sumamente atractiva; sin embargo, la realidad es que poco se conoce sobre la caracterización de los sistemas de aplicación, cuestión que se retomará más adelante. Dejando de lado estos retos, a continuación se presentan avances interesantes que nos permiten abordar nuevas perspectivas en este campo.

 

APLICACIONES, SÍ, ¿PERO SE ASEGURA SU REPRODUCIBILIDAD?

 

La imposición de campos eléctricos se ha propuesto en diversos ámbitos de la ciencia, entre los que destacan la investigación sobre métodos para aumentar la producción de algunos cultivos, como hortalizas y hongos (Takaki et al., 2009); para mantener la inocuidad de alimentos sin comprometer su calidad, utilizando pulsos eléctricos de alta intensidad (Fellows, 2018); la electroterapia como tratamiento en lesiones musculares y rehabilitación (Crépon et al., 2008); la obtención de productos de valor agregado para la industria química e, incluso, la generación de energía por medio de celdas de combustible microbianas (Gong et al., 2020).

     Un área reciente de investigación son los sistemas biológicos, específicamente las bacterias y las enzimas, modelos que continuamente son explotados por la biotecnología. Como se mencionó antes, imponer campos eléctricos a microorganismos puede presentar efectos tanto benéficos como perjudiciales, además de los llamados no definidos, según se aplique. Esto es debido a la naturaleza fisicoquímica de los microorganismos que, al ser sometidos a las fuerzas de atracción y repulsión, verán afectadas sus moléculas y estructuras que poseen cargas superficiales, como la membrana o algunas proteínas. Las implicaciones que esto conlleva son muy concretas: mejora un proceso, lo inhibe o causa modificaciones estructurales que no necesariamente entran dentro de la categoría de buenas o malas; sin embargo, los mecanismos por los que se llega a uno u otro resultado aún no son del todo claros.

     Poniéndolo en términos más simples, podemos tomar como ejemplo las plantas de tratamiento de aguas residuales. Se sabe que al someter estas aguas a un campo eléctrico el resultado será benéfico, pues las muchas especies microbianas que conforman los famosos “lodos activados” muestran una mejora en la degradación de materia orgánica, lo que significa que el agua resultante posee una carga contaminante menor, además de que el resto de las reacciones bioquímicas que ocurren durante el proceso también se ven modificadas, por ejemplo, la liberación de nitrógeno gaseoso a la atmósfera (Gong et al., 2020).

     Desde finales de los años 60 existe una gran cantidad de publicaciones sobre la imposición de campos eléctricos en sistemas bacterianos que nos ha dado más información sobre aspectos que resultan fascinantes y actualmente nos permite considerar a los campos eléctricos como una variable importante por controlar en muchos de nuestros procesos industriales y de laboratorio, de la misma forma que los son la temperatura o los nutrientes. Incluso se ha encontrado que las bacterias son capaces de aprovechar los campos eléctricos dentro de sus ciclos de reproducción (Chong et al., 2021).

     Los resultados obtenidos no se deben exclusivamente a la composición del material al que se aplican, sino también a otras particularidades propias del campo eléctrico, a la geometría del recipiente o reactor donde se experimenta, e incluso al tiempo de exposición al campo. Son pocos los trabajos de investigación que describen a fondo todas las condiciones que se debieran controlar, por lo que existe la necesidad de contar con procesos y metodologías caracterizadas y estandarizadas que permitan la reproducibilidad de los resultados, cuestión que hasta la fecha ha hecho sufrir a los investigadores que deciden trabajar con campos eléctricos. Y es que al hacer una revisión bibliográfica nos damos cuenta de que hay una inmensa cantidad de formas en que se aplican los campos, y que son muy variables aspectos como el material y la forma de los electrodos, la intensidad del voltaje aplicado y hasta cómo se acomoda cada pieza del sistema.

 

ENFOQUE CONSCIENTE

 

A pesar de las múltiples aplicaciones y estudios que se realizan actualmente, hay algunos aspectos que representan un verdadero reto; los más representativos son la viabilidad, es decir la relación costo-beneficio que conlleva la aplicación de campos eléctricos a un proceso específico, además de aspectos como adquisición, instalación y mantenimiento de equipo especializado. El segundo reto es determinar si lo observado es resultado de un proceso meramente electroquímico debido a la interacción del campo eléctrico y el producto de interés, o si por el contrario deriva de un proceso biológico catalizado por la interacción entre el campo eléctrico y el microorganismo en cuestión. Este segundo punto es probablemente el de mayor interés científico.

     El estudio de las implicaciones de los campos eléctricos sobre el metabolismo microbiano está todavía lleno de retos y complicaciones, y a pesar de que aún queda un largo camino por recorrer, el desarrollo de nuevas tecnologías y nuevos enfoques nos permitirá entender más a fondo estos fenómenos.

 

REFERENCIAS

 

Chong P, Erable B and Bergel A (2021). How bacteria use electric fields to reach surfaces. Biofilm 3:1-11.

Crépon F, Doubrère JF, Vanderthommen M, Castel-Kremer E and Cadet G (2008). Electroterapia. Electroestimulación. EMC-kinesiterapia-Medicina Física 1:1-20.

Fellows P (2018). Tecnología del Procesado de los Alimentos: Principios y Prácticas. Editorial Acribia S. A. Zaragoza. Recuperado de: https://biblioteca.uazuay.edu.ec/buscar/item/83870.

Gong Z, Yu H, Zhang J, Li F and Song, H. (2020). Microbial electro-fermentation for synthesis of chemicals and biofuels driven by bi-directional extracellular electron transfer. Synthetic and Systems Biotechnology 4:304-313.

Martínez N (2010). Historias de la Ciencia. Benjamin Franklin y la Electricidad. Recuperado de: https://www.rtve.es/noticias/20100517/benjamin-franklin-electricidad/331621.shtml.

Moller P (1991). Electric Fish. BioScience, 11:794-796.

Real Academia Española. Campo Eléctrico. En Diccionario de la lengua española (23.^a ed., versión 23.5). Recuperado de: https://dle.rae.es/campo?m=form#EabmmAJ.

Takaki K, Yamazaki N, Mukaigawa S, Fujiwara T, Kofujita H, Takahasi K, Narimatsu N and Nagane K (2009). Improvement of Edible Mushroom Yield by Electric Stimulations. Journal of Plasma and Fusion Research 8:556-559.