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miércoles, 8 de julio de 2009

Some like it hot


El título de la famosa comedia dirigida por Billy Wilder es la mejor descripción de los microorganismos hipertermófilos, tema que fue tratado por el profesor José Berenguer en su charla "Vivir en ebullición y no quemarse" dentro del ciclo de conferencias Microorganismos Extremófilos coordinado por la profesora Pepa Antón, de la Universidad de Alicante.


Los microorganismos hipertermófilos son aquellos que tienen una temperatura óptima de crecimiento superior a 80ºC. Para conseguir vivir a dichas temperaturas presentan una serie de adaptaciones: sus membranas son una monocapa y no una bicapa con lo que evitan que el calor las funda, tienen una serie de proteínas que se unen a su DNA para evitar que se desnaturalice, etc. El precio que tienen que pagar es que estos microbios son incapaces de crecer por debajo de los 70ºC, algunos incluso no pueden crecer si la temperatura baja de 95ºC.



Fuente hidrotermal en Yellowstone, lugar donde fueron aislados los primeros organismos hipertermófilos por T. Brock


Como ya vimos en una entrada anterior del blog, en Biología los hipertermófilos tienen su importancia porque son las formas vivas más cercanas a la base del árbol de la vida. Eso hace suponer que la primera forma de vida que surgió en este planeta lo hizo en un ambiente bastante calentito. Pero los hipertermófilos también tienen un interés aplicado. Sus enzimas son estables a dichas temperaturas tan elevadas por lo que pueden ser usadas para procesos industriales. Algunas son tan famosas como la Taq polimerasa, gracias a la cual existe la técnica de la PCR.



Microfotografía electrónica de Thermus thermophilus


Pero es que además, estos microbios pueden ser usados para "termoestabilizar" otras proteínas provenientes de otros seres vivos. En el caso de la bacteria Thermus thermophilus se han desarrollado vectores en los cuales pueden clonarse y posteriormente expresarse genes foráneos. Posteriormente, mediante un proceso de mutagénesis se pueden seleccionar variantes "termoestabilizadas" de las proteínas clonadas. La "termoestabilización" tiene una ventaja, las proteínas son más resistentes a la acción de proteasas. Eso es lo que han realizado Berenguer y su grupo con los interferones. ¿Y para que lo han hecho? Los interferones tienen un gran interés terapéutico como antitumorales y antivirales. Pero estas proteínas son rápidamente destruidas por nuestro organismo por lo que hay que inyectar dosis elevadas y con frecuencia para que hagan efecto. Al conseguir "termoestabilizarlas" su vida media es mucho mayor, por lo que las dosis que pueden usarse son mucho menores, evitando unos cuantos efectos secundarios.





Volviendo a los hipertermófilos. Por ahora todos son organismos procariotas, no hay ningún eucariota que sobrepase los 70º C como temperatura óptima de crecimiento. Hay un gusano poliqueto llamado Alvinella pompejana que vive en las fuentes hidrotermales submarinas. Este gusano puede aguantar temperaturas de 80º C en su cola, mientras que su cabeza se encuentra a temperaturas de 20ºC. La razón de que necesite esas temperaturas se encuentra en el hecho de que este gusano mantiene una simbiosis mutualista con unas bacterias quimiolitotrofas que son capaces de utilizar los compuestos inorgánicos reducidos expulsados por la fuente hidrotermal para crecer. El exceso de crecimiento poblacional de estas bacterias le sirve como alimento al gusano.



Pyrolobus fumarii


El record de temperatura lo ostenta la archaea Pyrolobus fumarii con 113ºC, siendo su óptimo de crecimiento a los 106ºC. Este microorganismo de aspecto globoso puede aguantar una hora de autoclave (120ºC a 1,2 atmósferas de sobrepresión). Vive en las cercanías de fuentes hidrotermales submarinas llamadas "chimeneas negras" (black smokers) y de ahí viene su nombre: Glóbulo de fuego de la chimenea.



La casa de Pyrolobus fumarii


¿Cúal es el límite de temperatura para la vida? Pues esta pregunta se la hicieron en los años sesenta y se propuso que debía de ser los 73ºC. La explicación que se dió es que a esa temperatura los ácidos nucleicos se desnaturalizaban y por lo tanto no podrían replicarse. Está claro que la predicción fue equivocada. Actualmente se supone que el límite está en los 130ºC. A esa temperatura el ATP y el NAD son destruidos por hidrólisis térmica a un ritmo más rápido que su síntesis celular, por lo que un microorganismo no podría mantener su metabolismo activo. Eso quiere decir que aún quedan 17º de margen para los hipertermófilos.



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7 comentarios:

César Sánchez dijo...

Muy interesante tu artículo sobre microorganismos hipertermófilos. Cuando vi el título (Some like it hot) pensé que iba a tratar de recombinación en bacterias ("sexo bacteriano"). Mira nuestra portada del número de junio de Trends in Microbiology...

Manuel Sánchez dijo...

Hola César. Me alegra volverte a ver por aquí.

Es lo bueno de los "dobles sentidos", que se pueden aprovechar para todo. Había visto el número, pero no había tenido tiempo de echarle un vistazo en profundidad.

Por cierto, yo he utilizado este título en mi clase cuando hablo de un hipertermófilo en particular porque tiene un poco de travestismo. Se trata de la bacteria Thermotoga,
ya que presenta un 75% de genes de origen bacteriano y un 25% de genes provenientes de arqueas que al parecer ha tomado por tranferencia genética horizontal.

César Sánchez dijo...

Je, sí, me temo que los microbios en general son bastante "promiscuos" (unos más que otros)...

Nalia dijo...

Sin embargo, a la hora de insertarles plasmidos en ingenieria genetica se hacen los estrechos y cuesta...

Por cierto, se me ha hecho muy sorprendente que haya un animal como ese poliqueto que "pastoree" quimiolitotrofos.

Manuel Sánchez dijo...

Hola Nalia

La excepción a lo que comentas es el Thermus thermophilus con el que trabaja Pepe Berenguer. Se está convirtiendo en el modelo de los termófilos. El otro bicho con el que se trabajaba era Sulfolobus, pero la gente lo está abandonando debido precisamente a lo que comentas.

El Crazy Xabi dijo...

Hola Manuel,

estaba dándole un repaso a los podcasts, que por cierto, un aplauso por la iniciativa, y oí nombrar a Pyrolobus fumarii como el que más aguanta el calor.

El caso es que existe una cepa, la conocida como "cepa 121" (strain 121), que, tal como su nombre indica, es capaz de estar metabólicamente activa y reproducirse a 121º C. Incluso se mantiene viable a 130º C, aunque tan alta temperatura actúa como bacteriostático. Link

Y de más reciente descubrimiento, Methanopyrus kandleri, capaz de reproducirse incluso a 122º C. Link

Un saludo

Manuel Sánchez dijo...

Hola Xavi

Muchas gracias por la actualización de los hipertermófilos. En cuanto pueda pongo un añadido en esta entrada.

Saludos