En este segundo podcast de la segunda temporada de Hidden Nature vamos a tratar un tema principal sobre ¿Qué son los organismos extremófilos? En este caso os vamos a intentar explicar durante aproximadamente 40 minutos, diferentes conceptos para que entiendas qué son los organismos extremófilos, tipos de condiciones extremas que resisten y su importancia en investigación.
¿Qué es un organismo extremófilo?
Organismo que vive en condiciones extremas.
Estas condiciones extremas pueden ser de distintos tipos: temperatura, presión, salinidad, etc. además hay organismos que viven en condiciones extremas no sólo de una de estas condiciones, sino de varias de ellas al mismo tiempo.
¿Cómo desarrollan la resistencia?
Como en todos los organismos, la selección natural, y por consiguiente la evolución, juega un papel fundamental en el desarrollo de métodos de resistencia a las condiciones extremas del ambiente donde viven estos organismos, por lo que a lo largo de millones de años se habrán seleccionado las especies más resistentes o mejor adaptadas a las condiciones del medio. Podéis conocer más sobre el proceso de evolución y selección en otro podcast de la primera temporada.
Otra forma es que esos organismos se mantienen en lugares donde las condiciones se mantienen similares a cómo se desarrollaron hace millones de años y donde ellos se sienten cómodos, por eso siguen habitando o suelen encontrarse en zonas extremas.
Finalmente hay un método relevante para la alteración genómica de un organismo que es la transferencia horizontal, pero esto solo se da en bacterias. La diferencia con la evolución (que es una transferencia genética vertical) es que en este caso la alteración de los genes se da en organismos de una misma generación, no entre parentales e hijos.
¿Qué tipos de organismos extremófilos podemos encontrar?
Podemos encontrar diferentes organismos extremófilos que detallamos a continuación:
- Xerófilos: Es decir, aquellos que viven en ausencia de agua o sobreviven con muy poca cantidad de la misma. Uno de los organismos más conocidos es la Rosa de Jericó, perteneciente a la familia de las brasicáceas. Sus ramas se contraen con la sequedad, pudiendo permanecer así durante años y volviéndose a abrir en condiciones de humedad o el contacto con el agua. Esta habilidad se le atribuye a la trehalosa, un azúcar disacárido implicado en procesos de criptobiosis, es decir, la suspensión de los procesos metabólicos.
- Acidófilo: Viven en ambientes de alta acidez. Tenemos varios ejemplos como Acidithiobacillus, Acetobacter, Acidobacterium ¿Cómo se adapta este organismo a estas condiciones? Los organismos acidófilos tienen que adaptarse a un medio con una gran concentración de protones. Para ello, deben asegurarse de que sus proteínas no se desnaturalizan. Para eso, todas las proteínas que sintetizan tienen un alto peso molecular, de manera que se forman más enlaces entre aminoácidos. De esa manera, la estructura secundaria es mucho más estable, dificultando la rotura de los enlaces que la mantienen y haciendo que la proteína siga siendo funcional a pesar de estar en un ambiente de gran concentración de protones. Por otro lado, los microorganismos acidófilos también cuentan con una serie de bombas de protones que se dedican a expulsarlos al exterior, manteniendo un pH cercano a la neutralidad en el interior de la bacteria.
- Alcalófilo: al contrario que los anteriores, se desarrollan en ambientes muy alcalinos (básicos). Al igual que los organismos acidófilos, las especies alcalófilas suelen ser bacterias o arqueas, destacando en este caso a Bacillus subtilis. Los organismos alcalófilos necesitan aislar el interior de la célula del medio alcalino exterior, ya que algunas moléculas como las de ARN no son estables si el pH es superior a 8.
- Alcalófilos obligados: Necesitan un pH elevado para sobrevivir.
- Alcalófilos facultativos: Pueden sobrevivir cuando el pH es elevado pero también crecen en medios normales.
- Barófilo: se desarrollan en ambientes con presión muy alta, ya sea líquida o gaseosa. Estos ambientes los encontramos en fondos marinos, como puede ser en las Fosas Marianas, con hasta 11.000 m de profundidad. En este caso, también encontramos microorganismos que pueden resistir estas altas presiones, como puede ser el caso de organismos del género Thermaerobacter. Además de aguantar grandes presiones, son organismos hipertermófilos que, como veremos más adelante, son organismos que resisten altas temperaturas (en este caso, con una temperatura de crecimiento entre 70 y 75 ºC).Los organismos acuáticos de ambientes poco profundos y profundos han desarrollado mecanismos para detectar y hacer frente a los cambios de presión. Entre los ejemplos de organismos superiores se incluyen las vejigas natatorias de peces y los estatocistos de cangrejo, que ayudan a mantener la posición vertical de los organismos dentro de la columna de agua. Cabe destacar a los que usan el sistema de fisoclistos, que son peces sin conducto neumático y que pueden ajustar el volumen de su vejiga por intercambio de gases de la sangre lo que les hace independientes del aire por encima de la superficie. Este sistema es muy eficaz en condiciones extremas. Existen peces que usan este sistema en profundidades de hasta 4000 m, en donde la presión dentro de la vejiga sube a 400 atm, mientras la presión en la sangre no puede sobrepasar los 0,2 atm.
- Halófilo: se desarrolla en ambientes hipersalinos, como puede ser el Mar Muerto. Más cerca, tenemos la bacteria roja Salinibacter ruber, que fue encontrada en un depósito empleado para la producción de sal en Alicante y Mallorca en 2002. Esta especie no puede crecer en una concentración de sal inferior al 15%, con una concentración ideal entre el 20-30%. Esta especie modifica la secuencia de sus proteínas, recluta diferentes proteínas y realiza la transferencia lateral de genes de otros organismos halófilos.
- Criptoendolitos: organismos que viven a profundidades de suelo muy elevadas. El más extremo encontrado hasta ahora es el organismo Pseudoliparis swirei, organismo descubierto este pasado 2018 y del que hablamos en nuestro vídeo TOP 10 ESPECIES DESCUBIERTAS EN 2018. Se cree que puede ser una especie endémica de las Fosas Marianas, a profundidades entre 6898-7966 metros.
- Metalotolerantes: estos organismos sufren altas concentraciones de metal en su entorno, entre ellos, cobre, cadmio, arsénico, zinc. Dentro de estos organismos destacamos la bacteria Cupriavidus metallidurans, con un importante rol en la formación de biofilms de oro, un metal que para la mayoría de los organismos es altamente tóxico.La capacidad de las plantas para almacenar metales pesados viene dada a que éstos se ligan con los ácidos carboxílicos y los exudados radicales, lo que permite que atraviesen la membrana de la raíz y del rizoma para ser precitipados en la vacuola y transportados por el xilema hasta las hojas y los tallos. El mercurio, en este caso, se encontraría en conformación de metilmercurio o dimetilmercurio (alta volatibilidad).
- Psicrófilos: en ambientes de temperatura muy bajas (por debajo de 5ºC), como fosas abisales o glaciares.
- Psicrófilos obligados. Su temperatura óptima está en torno a los 15-18 °C, aunque viven perfectamente a cero grados e incluso a temperaturas más bajas. Hay algunos cuya temperatura óptima es aún más baja, 4 °C y no sobrevive por encima de 14 °C.
- Psicrófilos facultativos. Como su nombre indica, tienen la facultad de resistir el frío, pero su temperatura óptima es más alta, en torno a los 20-30 °C. Estos organismos son los culpables de que los alimentos se estropeen en los frigoríficos.
- Radiófilo: soportan gran cantidad de radiación, como la arquea Thermococcus gammatolerans. Además de la radiación, este organismo vive en temperaturas entre 55-95ºC con un óptimo de aproximadamente 88ºC. Soporta una irradiación de rayos gamma de 30 KGy (tengamos en cuenta que una radiación alrededor de 10KGy es suficiente para matar a un ser humano). Esta resistencia viene dada en parte a su sistema de reparación de ADN, bastante más rápido y eficiente que el resto de sus congéneres. Además, es capaz de reconstituir los cromosomas dañados sin pérdida de viabilidad.
- Termófilo: se desarrollan en temperaturas superiores a 45ºC. Algunos, denominados hipertermófilos, tienen temperaturas óptimas superiores a 80ºC. Uno de los ejemplos más curiosos lo encontramos en la India, durante una lluvia roja en Kerala. La lluvia roja debe su nombre a la dispersión intensa de esporas de algas. Se aislaron unas temperaturas inertes a temperatura normal, sin ADN, que consiguieron reproducirlas a 121ºC. Durante un tiempo se pensó que podían ser partículas de origen extraterrestre, aunque luego resultó ser una espora de una especie de alga.
- Poliextremófilos: organismos que aguantan más de una condición extrema. En este caso no podíamos dejar de mencionar a los tardígrados, que pueden sobrevivir en temperaturas superiores a 100ºC e inferiores a -200ºC, presiones de hasta 6000 atm, sin agua durante décadas y la radiación ionizante, todo esto mediante el proceso de criptobiosis, del que hemos hablado antes.
¿Cambios ambientales que pueden afectar a estos organismos?
Con el cambio climático los factores abióticos se están modificando por lo que esto puede afectar a organismos extremófilos obligados, debido a que el margen de adaptación es menor que aquellos que son facultativos. Entendamos con obligados como aquellos que han sido adaptados a vivir en esas condiciones extremas y no sobreviven en otros, y los facultativos, realmente pueden vivir en ambientes menos extremos pero resisten en ambientes extremos.
¿Por qué son importantes y para qué es bueno conocer organismos extremófilos?
Los extremófilos tienen enzimas y compuestos diferentes al resto de los organismos vivos, que justamente les permiten hacer lo mismo que hacen todos, pero en condiciones extremas. Esto resultó muy interesante para la industria, ya que hay procesos industriales que ocurren a altísimas temperaturas, o muy bajas, o a altas concentraciones salinas o alta alcalinidad.
- Los detergentes en polvo tienen biocatalizadores (enzimas) que quitan las manchas en agua fría.
- La industria del cuero usa enzimas que degraden proteínas de la piel de los animales en condiciones de alta salinidad.
- La síntesis química de ciertos productos farmacéuticos debe realizarse a temperaturas bajísimas.
Para el desarrollo de nuevas técnicas que hoy día se usan a diario: Por ejemplo hay organismos extremófilos de Yellowstone en fuentes termales (termófilos) descubiertos por 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.
Identificación de enzimas o genes de resistencia que aguanten mejores condiciones abióticas, y se puedan usar nuevos cultivos resistentes (por ejemplo).
- Bibliografía:
- “Extremófilo.” Wikipedia. 09 Nov. 2018. Wikimedia Foundation. 02 Feb. 2019 https://es.wikipedia.org/wiki/Extrem%C3%B3filo
