Los organismos extremófilos

La vida en condiciones extremas

Durante mucho tiempo se pensó que era imposible encontrar algún organismo que viviera en sitios con condiciones extremas, inhabitables para la gran mayoría de los organismos conocidos: temperaturas superiores a 80ºC, presiones aplastantes, oscuridad total, altas concentraciones de sales o minerales, ambientes muy ácidos, o sitios de temperaturas extremadamente bajas.

No obstante, cuando las técnicas utilizadas para explorar esos nichos tan extremos se perfeccionaron, se pudo encontrar una diversidad de organismos que habitan en ellos. Se los conoce como “extremófilos”, amantes de las condiciones extremas, y pueden ser bacterias, plantas o animales.

La imagen superior muestra un respiradero “chimenea”, captada por un sumergible de gran profundidad. En lugar de la fotosíntesis, los microorganismos que viven dentro y alrededor de los oscuros respiraderos obtienen compuestos orgánicos mediante un proceso llamado “quimiosíntesis”, a partir de sustancias simples que se originan dentro de la misma Tierra, en el agua que surge del suelo marino. El agua negra supercalentada que emana del respiradero, provee de compuestos químicos energéticos que sustentan a los gusanos-tubos (foto inferior) y otros organismos que se desarrollan en este hábitat.
Fuente:
http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2001/ast13apr_1.htm

Los extremófilos se encuentran en los géiseres o chimeneas negras de los fondos de los océanos, donde se expulsa agua a más de 200ºC a una profundidad tal que soportan una presión extrema; también en las salinas o el Mar Muerto, donde la concentración de sal supera varias veces la concentración “normal” para el desarrollo de vida. Otros extremófilos son los que viven en minas o plantas de desechos industriales, y que pueden obtener energía a partir de compuestos inorgánicos con azufre o hierro.

Los extremófilos que habitan en altas temperaturas son conocidos como termófilos, los que habitan a bajas temperaturas, psicrófilos, los que viven en altas concentraciones salinas son denominados halófilos, los que viven en sitios de pH ácido, acidófilos y los de pH básico, alcalófilos.

Existen microorganismos conocidos como metanógenos que son capaces de generar metano (CH4), un gas combustible, en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno). Estos organismos viven en el fondo de depósitos acuáticos y en el rumen de algunos mamíferos herbívoros (rumiantes). El rumen es el órgano digestivo donde se lleva a cabo la degradación de celulosa y otros polisacáridos mediante la actividad microbiana, ya que estos animales carecen de las enzimas necesarias para digerirlos.

Bacterias cuadradas que adoran la sal, por primera vez en el laboratorio

Las fotografías muestran bacterias de forma cuadrada y delgadas, de unos 0,15 micrones, que viven en ambientes con altísimas concentraciones de sales (halófilas). El microbiólogo británico Anthony Walsby las descubrió en un estanque hiper-salino cerca del Mar Rojo, en 1980. Se las creía “incultivables” en condiciones de laboratorio. Sin embargo, ahora se ha logrado cultivarlas empleando medios de cultivo que contienen al menos 18% de sal, casi como la concentración salina de la salsa de soja. Además, estas bacterias crecen muy lentamente, a razón de uno o dos días por ciclo, mientras que Escherichia coli emplea unos 20 minutos por ciclo. Ahora que se pudieron cultivar, los taxónomos deberán analizarlas y darles un nombre “oficial”, que podría ser Haloquadratum walsbyi, en honor a su descubridor.

Fuente:  http://www.nature.com/news/2004/041011/full/041011-3.html

Características de los extremófilos

Los extremófilos son mayoritariamente microorganismos procariontes pertenecientes a las Eubacterias y las Archaebacterias (o Arqueas). Si bien estos microorganismos comparten la característica de ser unicelulares procariotas, estudios moleculares recientes han demostrado que las Arqueas tienen un funcionamiento a nivel molecular más similar a las células eucariotas. Por tal motivo, estos dos grupos de organismos procariotas están ubicados en dominios distintos, como se indica en el siguiente esquema:

El esquema representa los tres grandes dominios en que actualmente se clasifica a los seres vivos: Eubacteria, Archaebacteria y Eucaria (que incluye protistas, hongos, plantas y animales). Las Archaea comparten propiedades con los organismos del dominio Eubacteria y con los del dominio Eucaria. Tienen la simplicidad, versatilidad y adaptabilidad de las Eubacterias, pero sus procesos celulares de replicación del ADN, transcripción y traducción están más relacionados con los organismos eucariontes.
Fuente: Facultad de Agroindustrias de la Univ. Nacional del Nordeste.
http://fai.unne.edu.ar/biologia/biodiversidad/biodiversidad.htm

La supervivencia de los extremófilos es posible debido a que sus células tienen componentes y propiedades particulares que les permiten mantenerse estables en el entorno en el que viven. Algunas de estas propiedades se detallan a continuación:

– Contienen enzimas estables. Por ejemplo, los termófilos tienen enzimas que no se desnaturalizan a altas temperaturas y protegen al ADN para evitar su degradación. Estas enzimas, al igual que las que funcionan a bajas temperaturas o a pH extremos, son conocidas como extremozimas.

– La membrana celular no es una bicapa de lípidos, como en el resto de los seres vivos, sino una monocapa, con uniones químicas distintas a las de las membranas convencionales, que le otorga mayor estabilidad.

– Los que habitan en sitios muy salinos (halófilos) acumulan sales también intracelularmente, y así mantienen un equilibrio osmótico con el medio que los rodea sin deshidratarse.

– Los que habitan en glaciares acumulan solutos que impiden que se congelen (similar a la función que cumple el anticongelante en un auto).

– Los que metabolizan compuestos inorgánicos tienen enzimas que le permiten hacerlo.

Extremófilos y Genómica

Si se tiene en cuenta que las características de los seres vivos están determinadas por la información genética, la propiedades particulares de los extremófilos estaría indicando alguna diferencia a nivel de sus genes. Por este motivo, estos organismos resultan de gran interés para el estudio genómico, y algunos de ellos han sido incluidos en diversos Proyectos Genoma (ver Cuaderno Nº 55).

Entre los genomas ya secuenciados se encuentran los de las especies:

– Archaeoglobus fulgidus, metabolizadora de azufre y productora de distintos compuestos aromáticos,

– Methanococcus jannaschii, metanogénica habitante del fondo de los océanos,

– M. Thermoautotrophicum, metanogénica aislada de sitios de biodegradación. Esta última especie sirve como modelo para comprender mecanismos de biodegradación y ciclo de la materia.

– Está avanzada la secuenciación del genoma de dos arqueobacterias termofílicas que crecen entre 70 y 106ºC en profundidades volcánicas (Pyrobaculum aerophilum y Pyrococcus furiosus), que presentan el atractivo de poder proveer de enzimas que puedan ser utilizadas en procesos industriales de alta temperatura.

– Se estudió la especie Sulfolobus acidocaldarius que habita ambientes volcánicos con alto contenido en azufre, pH ácido y temperaturas de hasta 90 ºC.

Aplicaciones biotecnológicas de los extremófilos

Debido a que muchos procesos industriales requieren altas o bajas temperaturas o pH ácidos o alcalinos, los extremófilos se han convertido para las industrias en atractivas fuentes de biocatalizadores (enzimas) estables a condiciones extremas.

Por ejemplo, en la industria de los detergentes y jabones para la ropa de uso hogareño se utilizan biocatalizadores que quiten las manchas a baja temperatura, mientras que en tratamientos de esterilización de ropa de quirófano se prefiere un jabón que tenga biocatalizadores que funcionen a altas temperaturas. La industria del cuero y las pieles requiere enzimas que degraden proteínas de la piel de los animales en condiciones de alta salinidad o minerales. En cada caso se emplearán enzimas provenientes de diferentes extremófilos.

En una primera instancia, los propios organismos eran la fuente de donde se extraían las enzimas. Luego, se clonaron los genes de los extremófilos que codifican dichas enzimas y actualmente se las produce a escala industrial en microorganismos recombinantes que fueron transformados para que sobreproduzcan la enzima de interés en biorreactores.

Algunas de las enzimas más empleadas son:

  • Proteasas: degradan proteínas, por ejemplo, la hemoglobina de la mancha de sangre.
  • Celulasas: degradan celulosa, principal componente de la pared de la célula vegetal.
  • Xilanasas y hemicelulasas: degradan componentes de la pared vegetal y se utilizan en la obtención de productos panificados y de jugo de frutas.
  • Lipasas: degradan ácidos grasos, aceites y otras grasas.
  • Amilasas: se utilizan en la industria alimenticia para degradar el almidón de los cereales a azúcares más simples.

Otra aplicación de las enzimas obtenidas de los extremófilos es la investigación básica. Por ejemplo, en laboratorios de biología molecular se utilizan técnicas que requieren de enzimas estables a altas o bajas temperaturas. Un caso puntual es la técnica conocida como Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR por sus siglas en inglés), en la cual se requiere una enzima (ADN polimerasa) que produce cadenas de ADN a 94 ºC. Para lograrlo se utiliza la ADN polimerasa obtenida del termófilo Thermus aquaticus.

Leave a Reply