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Una Bacteria Audaz y Viajera
Redacción
El primer ecosistema constituido por sólo una especie biológica ha sido descubierto a 2,8 km de profundidad en la mina de oro Mponeng, cerca de Johannesburgo (Sudáfrica). Allí la bacteria con forma cilíndrica «Desulforudis audaxviator» vive completamente aislada, en total oscuridad, sin oxígeno, y a una temperatura de 60°C.
esulforudis audaxviator sobrevive en un hábitat donde obtiene su energía no de la luz solar sino del hidrógeno y del sulfato producidos por la desintegración radioactiva del uranio. Al vivir en soledad, D. audaxviator debe construir sus moléculas orgánicas por sí misma a partir del agua, del carbono inorgánico, y del nitrógeno proveniente del amoníaco liberado por las rocas y disuelto en el fluido del entorno. Durante su largo viaje a las profundidades extremas, la evolución ha equipado a la versátil bacteria con genes –muchos de ellos compartidos con las arqueas, miembros de uno de los tres dominios de la vida no relacionado a las bacterias– que le permiten hacer frente a un rango de diferentes condiciones, incluyendo la habilidad de fijar el nitrógeno directamente del nitrógeno elemental del ambiente.

D. audaxviator fue capturada y su inusual genoma secuenciado y analizado empleando técnicas de genómica ambiental, también llamadas metagenómicas, por científicos provenientes de las siguientes instituciones: Lawrence Berkeley National Laboratory (o Berkeley Lab, Departamento de Energía de los EEUU), Joint Genome Institute (JGI), y Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), trabajando con colegas de: Princeton University, Indiana University, National Taiwan University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Florida State University, Desert Research Institute, y University of Western Ontario.

Este trabajo fue apoyado por la Office of Science del Departamento de Energía de los EEUU a través del Virtual Institute for Microbial Stress and Survival (VIMSS), y por el Astrobiology Institute de NASA a través de la Indiana Princeton Tennessee Astrobiology Initiative (IPTAI). Los investigadores publicaron sus resultados en el ejemplar del 10 de Octubre de 2008 de la revista científica Science.
Desulforudis audaxviator
Desulforudis audaxviator es un organismo que vive independientemente en total oscuridad y a alta temperatura al reducir sulfato y fijar el carbono y el nitrógeno de su entorno, en las profundidades de la Tierra. Constituye el primer ecosistema conocido de una sola especie. (Thanya Suwansawad)
“El gran logro de la genómica ambiental es que ha posibilitado componer una imagen mucho más completa de la vida microscópica en cualquier lugar de la Tierra, en vez de estar limitado a una proporción muy pequeña de microorganismos que pueden ser cultivados en el laboratorio”, dice Dylan Chivian de la Physical Biosciences Division (PBD, Berkeley Lab), autor principal del ‘paper’ publicado en Science. “Casi todos los organismos viven en comunidades con diferentes roles dentro de sus ecosistemas. Al extraer ADN de las muestras ambientales, los diversos jugadores en estas comunidades microbianas y las habilidades de sus miembros dominantes se pueden identificar, incluso si es imposible separar los genomas completos de la mayoría de ellos”.

Tal colección de organismos era lo que los investigadores esperaban encontrar cuando cuidadosamente filtraron unos 5600 litros de fluidos recolectados por Onstott y sus colaboradores de fracturas en las rocas del sitio denominado MP104, una nueva sección abierta del nivel 104 de la Mina Mponeng. Era seguro que los investigadores iban a encontrar a la bacteria que con posterioridad sería llamada D. audaxviator; aunque su genoma nunca había sido secuenciado, el organismo había sido identificado en MP104 por Onstott, Li-Hung Lin de la National Taiwan University, y sus colaboradores en el año 2006, y se sabía que era el microbio hallado más común que vivía a más de 1,5 km de profundidad en el distrito minero de Witwatersrand (Sudáfrica).

“Sabíamos a partir del trabajo previo en estas minas, en el que se empleó técnicas de biología molecular, que parecía haber comunidades muy simples viviendo allí abajo”, dice Fred Brockman del Biology Department del PNNL en el estado de Washington, donde se extrajo el ADN de las células filtradas. “Esperábamos poder ensamblar un genoma completo de la especie más dominante, o quizás de 70% a 80% del genoma de varias especies".

Dice Chivian, “En cambio lo que descubrimos fue que había sólo un organismo en la muestra. Más del 99,9% del ADN provenía de aquel único organismo, y el resto parecían ser rastros de contaminación de la mina y el laboratorio”.

El esfuerzo de secuenciación en el Joint Genome Institute (JGI) fue dirigido por Alla Lapidus de la Genomics Division del Berkeley Lab; incluso antes que el análisis se completara, era evidente que el genoma de la especie solitaria era notable. El genoma no era tan simple como se podría esperar de un organismo viviendo en lo que presumiblemente es un ambiente muy estable. Una bacteria simple tiene típicamente unos 1500 genes, mientras que D. Audaxviator tiene 2157.

Lo que este paquete de genes puede hacer fue revelado por medio del análisis del genoma realizado por Chivian, Arkin, y Paramvir Dehal de la PBD, y Eric Alm del MIT: el genoma contenía todo lo necesario para permitirle al organismo llevar una existencia independiente y reproducirse, incluyendo la habilidad de incorporar los elementos necesarios para la vida a partir de fuentes inorgánicas, moverse libremente, y protegerse a sí mismo de virus, condiciones adversas, y períodos de escasos nutrientes al convertirse en espora.
“Una pregunta que surge cuando se considera la capacidad de otros planetas de albergar vida es si los organismos pueden existir independientemente, sin acceso incluso al Sol”, dice Chivian.
“La respuesta es sí, y aquí está la prueba. Es una especie de emoción filosófica saber que todo lo necesario para la vida puede estar ‘empaquetado’ en un solo genoma”
El trabajo previo había identificado a los sulfatos como la fuente de energía de mayor disponibilidad en el entorno de D. audaxviator. Esta bacteria no sólo tiene el equipamiento para reducir sulfatos, sino que esta capacidad está reforzada por genes adicionales que parecen haber sido tomados de las arqueas por medio de un proceso denominado transferencia horizontal de genes –la incorporación de material genético proveniente de especies no relacionadas. Las Arqueas, que conforman un dominio distinto al de las bacterias, atrajeron primero la atención por tener la capacidad de vivir en condiciones extremas (extremófilas), aunque desde entonces se han encontrado muchos otros tipos de arqueas. En las minas de Sudáfrica se han descubierto unos 280 tipos de bacterias y 44 tipos de arqueas.

D. audaxviator puede obtener su carbono de varias fuentes, según las características del entorno. Puede digerir azúcares y aminoácidos, lo que sugiere que podría obtener carbono también de las células muertas de otros microbios, en los lugares donde la concentración de células lo permita. Pero en el fluido del nivel 104, donde la biodensidad es baja,
D. audaxviator
es capaz de sobrevivir debido a que su genoma también contiene genes que le permiten al organismo obtener carbono a partir del monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el bicarbonato, el formiato, y otras fuentes inorgánicas.

Como se mencionó al principio, su nitrógeno proviene del amoníaco liberado por las rocas y disuelto en el fluido del nivel 104, pero D. audaxviator también tiene un gen para la nitrogenasa, por lo que si es necesario, podría extraer nitrógeno de su entorno luego de convertirlo primero a amoníaco –un gen que también parece compartirlo con las arqueas que viven a altas temperaturas.

Otros genes compartidos con las arqueas le confieren características defensivas contra los virus, pero un sistema de autoprotección es único al fílum bacterial de D. audaxviator, Firmicutes: la habilidad de formar endosporas, estructuras duras que protegen al ADN y al ARN de la sequedad, del calor, de la falta de nutrientes, y de los ataques químicos. Como muchas bacterias, D. audaxviator posee un flagelo, una estructura semejante a un látigo que le permite nadar hacia fuentes de nutrientes tales como las que se podrían encontrar en los poros de las rocas y otras superficies minerales.
Desulforudis audaxviator
La bacteria de forma cilíndrica Desulforudis audaxviator fue recuperada de miles de litros de agua recolectados en las profundidades de la Mina Mponeng, Sudáfrica. (Greg Wanger, J. Craig Venter Institute, y Gordon Southam, University of Western Ontario)
Pero la única cosa que D. audaxviator no tiene, es resistencia al oxígeno, lo cual sugiere que la bacteria no ha estado expuesta al oxígeno puro por mucho tiempo. Para que
D. audaxviator haya desarrollado su notable y versátil genoma –las piezas principales del mismo son compartidas con las arqueas–, debe haber estado viajando hacia las profundidades por muchas generaciones, quizás sea tan antigua como el agua de las fracturas de donde fue capturada, fluido que no ha visto la superficie terrestre por millones de años.

“Parte de la potencia de la genómica comparativa proviene del hecho que ahora tenemos los genomas de más de mil bacterias y arqueas, y sabemos lo que pueden hacer muchos de estos genes”, dice Chivian. La genómica comparativa permite analizar un nuevo genoma al compararlo con otro ya bien estudiado, buscando las similitudes entre genes de ambos genomas. Esto es particularmente poderoso para acelerar el conocimiento de nuevos microorganismos.

Las notables capacidades de D. Audaxviator dieron origen a su igualmente notable nombre. El nombre de género de Desulforudis fue acuñado por Tullis Onstott del Latín para las expresiones “de azufre” y “vara”, destacando su forma y su habilidad de obtener energía a partir de los sulfatos.

¿Y audaxviator...? Dylan Chivian encontró la clave en la novela de Julio Verne ‘Viaje al Centro de la Tierra’, en un mensaje –“Convenientemente en Latín”, dice Chivian– descifrado por el protagonista de Verne, el Profesor Lidenbrock, se puede leer, “descende, Audax viator, et terrestre centrum attinges”. Que significa “desciende, Audaz viajero, y alcanza el centro de la Tierra”.
Fuente: Lawrence Berkeley National Laboratory (EEUU)
Traducción: Wilfredo Orozco
 
Mendoza, Argentina, 08 de Enero de 2009.
 
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