23-2-16 Moe Club – Av de Alberto Alcocer, 32, Madrid. Jam Science. Interés astrobiológico de la extremofilia por Ricardo Amils
Dr. Ricardo Amils
Investigador del Centro de Astrobiología (CAB-INTA). Profesor de microbiología de la Universidad Autónoma Madrid (UAM)
En el mapa de ruta del NASA Astrobiology Institute la investigación en extremofilia ocupa un lugar preeminente ya que el descubrimiento de organismos capaces de desarrollarse en condiciones extremas de presión, temperatura, pH, fuerza iónica o radiación ha aumentado las posibilidades de encontrar vida fuera de la Tierra. Prestaremos especial atención a la biosfera oscura por su novedad (la primera publicación demostrando su existencia tiene escasamente veinte años) y por ser una de las condiciones extremas con mayor proyección en las futuras misiones astrobiológicas al planeta Marte.
Un extremófilo (de extremo y la palabra griega φιλíα=afecto, amor, es decir «amante de -condiciones- extremas») es un microorganismo que vive en condiciones extremas, entendiéndose por tales aquellas que son muy diferentes a las que viven en la mayoría de las formas de vida en la Tierra.
Hasta hace poco tiempo se pensaba que en los lugares donde crecen los extremófilos era imposible que hubiera vida. Por ejemplo, en las aguas enormemente ácidas del río Tinto; pero las hay; muchas pertenecen al dominio Archaea. Y también hay cientos de miles de virus desconocidos y por catalogar.
Las enzimas que poseen los organismos extremófilos (apodadas extremoenzimas), son funcionales cuando otras no lo son.
- Anhidrobióticos o xerófilos: Viven en ausencia de agua o son capaces de resistir la desecación viviendo con muy poca. Ejemplo: Selaginella lepidophylla
- Acidófilo: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, (pH óptimo de crecimiento próximo a 3) como Picrophilus oFerroplasma acidarmanus, los organismos de la cuenca del río Tinto, en Huelva, o la arquea que habita en una mina californiana llamada Iron Mountain: las ARMAN (del inglés Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms, «Nanoorganismo Acidofílico Arqueal de la Mina Richmond«). Algunas arqueobacterias como Picrophilus oshimae yPicrophilus torridus pueden vivir a un pH menor a 1. Tan bajo como -0.06, incluso su pH óptimo para crecer es 0.7.Cyanidyum caldariuym es capaz de vivir en pH cercano a cero manteniendo el interior de la célula en un nivel casi neutro. También Acontium cylatium, Cephalosporium sp y Trichosporon cerebriae (eucariotas del reino fungí)
- Alcalófilo: Se desarrollan en ambientes muy alcalinos (básicos) (pH óptimo de crecimiento próximo a 9 o más). Por ejemplo, bacterias aeróbicas no marinas, muchas especies de Bacillus Spirulina (cianobacterias) Arqueas.
- Barófilo o Piezófilo: Se desarrollan en ambientes con presión muy alta líquida o gaseosa (lechos oceánicos profundos de hasta once mil metros de profundidad: fosa de las Marianas como Thermaerobacter). Shewanella y Moritella se han encontrado a una profundidad de casi 11,000 metros bajo el nivel del mar, lo que significa que resisten un peso de millones de toneladas encima.
- Halófilo: Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del género Halobacterium, que viven en entornos como el mar Muerto, por caso la Haloarcula marismortui, laHaloferax volcanii o la Haloquadratum walsbyi, que es una bacteria cuadrada.1 Y la Salinibacter ruber, descubierta en España en un estanque empleado para la producción de sal.2
- Criptoendolitos: Organismo de suelos profundos. Viven a muchos metros bajo el suelo, incluso en medio de rocas; el Bacillus infernus fue aislado a 2700 metros bajo la superficie del suelo; Desulforudis audaxviator fue encontrado entre 1500 y 2800 metros de profundidad, en el suelo de una mina de oro (Cuenca de Witwatersand, Sudáfrica) donde soporta una temperatura de 60 °C y un pH de 9,33.
- Litoautótrofos: pueden obtener energía por reducción de compuestos minerales como la pirita, por ejemplo.
- Metalotolerantes: Organismos que sufren altas concentraciones de metal en su entorno (cobre, cadmio, arsénico, zinc). Por ejemplo, Ferroplasma y Cupriavidus metallidurans,3 o el GFAJ-1, que tolera el arsénico. Ciertas bacterias quimiolitotrofas del lecho del río Tinto en Huelva soportan bien el hierro y son capaces de sobrevivir además bajo las condiciones del regolito marciano.
- Oligotrofos: que pueden crecer en ambientes con nutrientes limitados.
- Osmófilos: que pueden crecer en ambientes con alta concentración de azúcares.
- Psicrófilos o Psicrotolerantes: Se desarrollan en ambientes de temperatura muy baja, (fosas abisales, glaciares) como la Polaromonas vacuolata. Otras son la Shewanella frigidimarina, la Psychrobacter frigidicola y la Psychromonas ingrahamii, que crece a temperaturas de -12 o -20°C y vive por debajo del punto de congelación del agua, aislada en el océano Ártico. Entre las bacterias gram negativas están la Moraxella, Psychrobacter, Polaribacter, Moritella, Vibrio y Pseudomonas. Entre las bacterias gran positivas Arthrobacter, Bacillus y Micrococcus. Entre las Arqueas Methanogenium, Methanococcoides y Halorubrum. Entre los hongos y levaduras, Penicillium, Cladosporium,Candida y Cryptococcus
- Radiófilo: Soportan gran cantidad de radiación, como la bacteria Deinococcus radiodurans, Thermococcus gammatolerans o unos microbios recogidos en los acantilados deDevon, Inglaterra, que consiguieron sobrevivir casi 600 días expuestos a los rayos cósmicos y sin oxígeno.
- Termófilo: Se desarrollan en ambientes a temperaturas superiores a 45 °C, algunos de ellos, los hipertermófilos tienen su temperatura òptima de crecimiento por encima de los 80 °C., como Pyrococcus furiosus o Pyrolobus fumarii, aislado este último de chimeneas hidrotermales submarinas y que se multiplica en torno a los 105 °C. Las bacterias Thermus acuaticus crecen a más de 70°C y las Sulfolobus acidocaldarius crecen a partir de 85°C.4 El ejemplo más curioso se dio cuando en una lluvia roja en Kerala (India), en la que Godfrey Louis aisló unas células inertes a temperatura normal, sin ADN, que son capaces de reproducirse a 121 °C y se creían de presunto origen extraterrestre5 6 , descubriéndose en 2015 que eran las esporas de un alga7
- Poliextremófilos: Acumulan resistencias diversas a varios ambientes hostiles: Deinococcus radiodurans, Kineococcus radiotolerans, Thermococcus gammatolerans oSulfolobus acidocaldarius
- Los tardígrados, que se deshidratan para quedar como muertos durante cientos de años en condiciones de criptobiosis y pueden resistir en el espacio.
Algunas bacterias pertenecen a varios de estos grupos. La mayor parte de los extremófilos son microrganismos, hay archaeas (arqueobacterias), procariotas (bacterias) yeucariotas. Su pequeño tamaño y el hecho de que su metabolismo es muy adaptable ha permitido que colonicen ambientes que son mortales para seres pluricelulares. Aunque hay que señalar que también hay organismos pluricelulares, sobre todo entre los barófilos. Es especialmente destacable el caso de los tardígrados, micrometazoos capaces de sobrevivir en diversas condiciones de criptobiosis (anoxi, anhidro y osmobiosis).
Un hecho curioso es que estudiando los extremófilos de Yellowstone (fuentes termales: termófilos) el Dr. Brock de la Universidad de Madison (Estados Unidos) encontró la bacteria Thermus aquaticus. Por ser resistente al calor, permitió desarrollar la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) que ha sido fundamental para el desarrollo de la ingeniería genética.
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