Descubren bacterias que prosperan en agua pesada
CIENCIAS DE LA VIDA.
Unas bacterias capaces de subsistir y proliferar durante 30 años en “agua pesada”, un medio muy tóxico, van a obligar a la comunidad científica a redefinir los límites de la vida.
Bacterias de la especie Pseudomonas aeruginosa captadas mediante un microscopio electrónico de barrido, con falso color. Imagen: CDC / Janice Haney Carr.
El hecho de que estos organismos extremófilos hayan logrado adaptarse y proliferar en un entorno tan hostil aporta nuevas perspectivas para la búsqueda de vida fuera de la Tierra.
El descubrimiento de estas singulares bacterias lo ha hecho un equipo liderado desde el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM), entidad mixta del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en España.
En el estudio también han participado investigadores de la UAM, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP) del CSIC, el Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del CSIC, el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) en España y la Universidad Eberhard-Karls de Tubinga en Alemania.
Los investigadores descubrieron millones de bacterias por mililitro en agua pesada almacenada en garrafas de plástico cerradas herméticamente durante más de 30 años en el Departamento de Física de Materiales de la Facultad de Ciencias de la UAM. Estas bacterias han evolucionado en un entorno que resulta tóxico para la mayoría de organismos.
El agua normal está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En el agua pesada, el deuterio (un isótopo del hidrógeno) sustituye al hidrógeno, forma enlaces más estables y altera las reacciones químicas dentro de las células: ralentiza reacciones esenciales del metabolismo, interfiere con la producción de energía e incluso desestabiliza el ADN y las proteínas. Cuando una gran parte del agua corporal de un organismo se sustituye por agua pesada, muchas funciones celulares fallan. Por eso, encontrar bacterias no solo vivas, sino activas, en este medio es un descubrimiento sin precedentes.
"El deuterio es un isótopo del hidrógeno extremadamente raro en el universo. En la Tierra, solo 1 de cada 5.700 átomos de hidrógeno lo son. No conocemos ambientes naturales con una concentración tan alta como la de las muestras de nuestro estudio, lo que las convierte en una oportunidad única para estudiar otro tipo de adaptaciones. Comprobar la complejidad metabólica de estas comunidades bacterianas fue asombroso", explica Juan Rivas, coautor del estudio e investigador del CNB.
Mediante análisis metagenómicos y secuenciación masiva del ADN (técnicas que permiten “leer” el ADN de todos los microorganismos presentes en una muestra, sin necesidad de cultivarlos), los investigadores identificaron comunidades bacterianas pertenecientes mayoritariamente a las familias Pseudomonadota y Bacteroidota. Estas familias incluyen bacterias muy versátiles y resistentes, capaces de adaptarse a condiciones difíciles. Algunas de ellas pueden sobrevivir en ambientes extremos, como suelos contaminados o zonas con muy pocos nutrientes, lo que explicaría su supervivencia en un entorno tan hostil como el agua pesada pura.
Las bacterias encontradas en el agua pesada presentan características genéticas singulares: genes más cortos y proteínas con una composición optimizada para minimizar el gasto energético en un entorno sin fuentes de carbono accesibles, salvo las posibles provenientes de la degradación del plástico (HDPE) de las propias garrafas.
“Encontrar genes relacionados con la degradación del polietileno sugiere que estas bacterias podrían estar usando el propio contenedor como fuente de carbono. Esto abre vías fascinantes para la biotecnología, especialmente en lo que respecta al reciclaje de plásticos resistentes”, destaca Francisco Sobrino, jefe de laboratorio en el CBM.
Otro hallazgo notable es la abundancia de genes vinculados a mecanismos de reparación y recombinación del ADN, lo que refuerza la hipótesis de que estas bacterias han desarrollado estrategias moleculares originales para sobrevivir en un entorno que compromete la integridad genética.
Implicaciones en biotecnología, sostenibilidad y astrobiología.
“Este trabajo no solo amplía nuestro conocimiento sobre la adaptabilidad bacteriana, sino que tiene implicaciones directas en la búsqueda de vida en entornos extremos, tanto en la Tierra como fuera de ella. La deuterosfera que describimos (microambiente altamente enriquecido en deuterio) es un modelo único para explorar los límites de la vida”, comenta Ricardo Amils, microbiólogo del CBM y codirector del estudio.
Igual que el río Tinto (en Huelva, Andalucía, España), un entorno extremo y altamente ácido, ha sido utilizado como análogo terrestre de Marte, en este nuevo estudio, se ha demostrado que los microorganismos pueden adaptarse a condiciones consideradas hasta ahora incompatibles con la vida, lo que refuerza la idea de que la vida podría existir en otros lugares del sistema solar que hasta ahora eran considerados imposibles para ella.
Como parte del proyecto, se están llevando a cabo experimentos en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) para estudiar cómo influye la presencia o ausencia de radiación cósmica secundaria —como muones, neutrones y rayos gamma— en la viabilidad y evolución de estas bacterias.
El uso del LSC permite simular condiciones subterráneas similares a las que podrían darse en Marte o en lunas como Encélado o Europa, donde la vida, si existe, estaría protegida de la radiación en subsuelos helados o acuáticos.
Aunque no se ha detectado agua pesada en grandes cantidades en ningún planeta o luna del sistema solar, las mediciones realizadas por sondas espaciales muestran que algunos cometas, Venus o las lunas Europa y Encélado, presentan proporciones de deuterio más altas que las de la Tierra. Esto sugiere que podrían existir microambientes con condiciones químicas similares a las del experimento, lo que refuerza la utilidad del modelo de “deuterosfera” para explorar cómo podría adaptarse la vida en otros mundos.
Este descubrimiento pionero no solo expande nuestras ideas sobre los límites de la vida en la Tierra, sino que sugiere nuevas posibilidades para la biotecnología ambiental y la exploración astrobiológica, abriendo puertas hacia aplicaciones en la degradación de plásticos y en la identificación de nuevas rutas metabólicas en condiciones extremas, como las creadas artificialmente en reactores nucleares.
El estudio se titula “Metagenomic analysis of heavy water-adapted bacterial communities”. Y se ha publicado en la revista académica Microbial Genomics. (Fuente: CBM / CSIC)
Sitio Fuente: NCYT de Amazings