Los microbios serán esenciales para conquistar el espacio

¿Le gustan las historias de ciencia-ficción sobre viajes espaciales? Si es usted aficionado a series como Star-Trek o a películas como Interstellar, seguramente habrá visto a los protagonistas realizando una serie de labores que para nosotros son cotidianas, pero que para un viajero del espacio son vitales. ¿Ha pensado de dónde sale su comida o su agua? ¿O dónde van a parar sus residuos?

Muchas veces se comparan los viajes espaciales con los viajes de exploración marina realizados en la antigüedad. En esos tiempos las naves debían ir aprovisionadas con comida y bebida suficiente para la larga travesía hacia lo desconocido. Pero una ventaja con la que contaban aquellos marinos era que si llegaban a tierra seguramente podrían reaprovisionarse. Eso no ocurre por ahora con los viajes espaciales tripulados. Son todos de ida y vuelta a la Tierra y deben terminar antes de que se acaben los suministros. Y esos suministros espaciales no son nada baratos. El menú más exclusivo del restaurante DiverXo cuesta diez veces menos que la comida más simple de la Estación Espacial Internacional (ISS por International Space Station).

Si quieres seguir leyendo la historia completa está publicada en la revista Ars Creatio.

Polizones del espacio

El selfie de la Curiosity. (Nature)

Parece que la panespermia puede ser cierta, pero en sentido contrario. Según podemos leer en la revista Nature la sonda Curiosity podría haber llevado consigo unos cuantos polizones microbianos terrícolas que ahora estarían en Marte.

Las sondas espaciales son esterilizadas antes de ser enviadas a explorar otros planetas. Hasta ahora se pensaba que los procedimientos empleados eran suficientes para asegurar que ningún microorganismo terrícola pudiera viajar de polizón en una sonda. También se pensaba que cualquier microorganismo que escapara esos procedimientos probablemente no sobreviviría al largo viaje interplanetario y al intenso calor de la entrada en la atmósfera del planeta a explorar. Pero un trabajo presentado en el último congreso de la ASM parece indicar que quizás no sea así. Los microbios son mucho más duros de lo que se pensaba.

Los investigadores tomaron muestras de las diferentes superficies de la Curiosity incluyendo el escudo térmico y el sistema de vuelo antes de su lanzamiento hacia el Planeta Rojo. Encontraron 377 cepas pertenecientes a 65 especies bacterianas. Un 11% de ellas eran capaces de aguantar condiciones de alta radiación UV, frío y sequedad extrema, pHs muy ácidos o muy básicos. Muchas de ellas pertenecían al género Bacillus, conocido por su capacidad de producir endosporas altamente resistentes. Pero también han encontrado otros microorganismos capaces de aguantar esas condiciones extremas sin necesidad de estructuras de protección, sino que lo hacen mediante cambios en su metabolismo.

¿Habrá llegado a Marte? Bacillus subtilis con una endospora (Science Photo Library)

Según la microbióloga Stephanie Smith, líder del grupo investigador, todavía no saben con seguridad si realmente se ha producido dicha contaminación, pero en su opinión la NASA debería extremar las precauciones en sus procedimientos de esterilización. En el año 2011 se informó de que uno de los aparatos que portaba la sonda no había sido esterilizado convenientemente. Sobre todo con vistas a la misión que se quiere lanzar en el año 2020 y en la que la sonda a emplear sería capaz de enviar a la Tierra unas muestras de suelo marciano. No haría mucha gracia encontrar que dichas muestras se hubieran contaminado con microorganismos polizones terrícolas.

Esta entrada participa en la edición XXX carnaval de la Biología alojada en Activa tu neurona y en el LII carnaval de la Física que aloja el blog La Enciclopedia Galáctica.

Donde digo "arsénico", digo "aiseutepego"

Lo de la "bacteria del arsénico" se ha convertido en un auténtico culebrón. Recientemente Rosie Redfield depositó su artículo en Arxiv refutando los resultados de Felisa Wolfe-Simons. Rosie no ha encontrado que el arsénico se incorpore en el DNA de GFAJ-1. Hasta ahí todo normal. No es la primera vez que en Ciencia sucede eso, y aquí hemos comentado algún caso. Lo que no suele pasar es que si a uno le pillan en un renuncio, luego intente justificarse con la estrategia del Donde digo "digo", digo "Diego".

En la gráfica se muestra el análisis del DNA de GFJA-1 fraccionado en un gradiente de CsCl. El microorganismo GFAJ-1 fue crecido en presencia de 3 micromolar de fosfato (las condiciones del artículo de Wolfe-Simons et al.) y en dos condiciones distintas: en cuadrados rojos -As/-P significa que fue crecido sin arsénico; en triángulos azules +As/-P que fue crecido con arsénico. Las líneas con los símbolos rellenos indican las fracciones dónde se detecta el DNA. Las líneas con los símbolos transparentes, indican dónde hay arsénico (nótese que no se detecta nada, se quedan en el 0). La línea quebrada de color naranja (4% replacement) debería ser la cantidad de arsénico que debería haberse detectado si se hubiera sustituido un 4% del fosfato presente en el DNA, tal y como afirmaban Wolfe-Simon et al. en su artículo.Fuente de la imagen: Rosie Redfield Blog.

Y es que eso es lo que Felisa Wolfe-Simons parece estar haciendo. Según podemos leer en el blog "The tree of life" escrito por Jonathan Eisen, en una noticia aparecida en Science news se lee lo siguiente:

Wolfe-Simon, who says she can’t comment in detail until Redfield’s results appear in a peer-reviewed journal, wrote in an email that her original paper never actually claimed that arsenate was being incorporated in GFAJ-1’s DNA, but that others had jumped to that conclusion. “As far as we know, all the data in our paper still stand,” she wrote. “Yet, it may take some time to accurately establish where the [arsenic] ends up.”

Traducción:

Wolfe-Simon, quien dice que no puede comentar en detalle hasta que los resultados de Redfield aparezcan en una revista con revisión por pares, escribió en un correo electrónico que en su artículo original nunca afirmó que el arseniato fuera incorporado en el DNA de GFAJ-1, y que fueron otros los que saltaron a esa conclusión. "Por lo que sabemos, todos los datos de nuestro trabajo siguen en pie", escribió. "Sin embargo, puede tomar algún tiempo establecer con precisión dónde acaba el [arsénico]".

Al parecer la lectura de dicho párrafo ha soliviantado a Jonathan Eisen, porque él fue uno de los que defendió que el trabajo de Felisa merecía ser criticado, pero que no se debía permitir atacar a la persona. Ahora considera que esta forma de excusarse es ridícula y deja en mal lugar a aquellos que alzaron su voz para defenderla. Así que lo que Jonathan ha hecho es recopilar todas las ocasiones en las que se afirmaba que el arsénico se había incorporado en el DNA o en otras biomoléculas, tanto aa partir del artículo original de Wolfe-Simons et al como de otras entrevistas que le hicieron a Felisa. Le ha quedado una larga lista, de la cual sólo he escogido tres provenientes del artículo origina: una que aparece en el abstract, otra en resultados y otra en las conclusiones

Our data show evidence for arsenate in macromolecules that normally contain phosphate, most notably nucleic acids and proteins. Exchange of one of the major bio-elements may have profound evolutionary and geochemical importance.

These measurements therefore specifically demonstrated that the purified DNA extracted from +As/–P cells contained As.

We report the discovery of an unusual microbe, strain GFAJ-1, that exceptionally can vary the elemental composition of its basic biomolecules by substituting As for P. How As insinuates itself into the structure of biomolecules is unclear, and the mechanisms by which such molecules operate are unknown.

¿Y qué tiene que ver el vídeo de la canción "Ai Se Eu Te Pego" con la historia? Nada. Es sólo un truco para atraer el tráfico de internet. Quién sabe, a lo mejor alguna fan pica y se anima a estudiar Biología.

Esta entrada participa en el X Carnaval de la Biología que organiza Scientia y en el XII Carnaval de la Química alojado en el blog Historias con mucha química.



M. L. Reaves, S. Sinha, J. D. Rabinowitz, L. Kruglyak, & R. J. Redfield (2012). Absence of arsenate in DNA from arsenate-grown GFAJ-1 cells Arxiv arXiv: 1201.6643v1

La bacteria del arsénico. Un año después

Microfotografías electrónicas de barrido de la cepa GFAJ-1 creciendo con arsénato (C) y con fosfato (D). (Fuente: Wolfe-Simons et al.)

Hace un año los distintos medios de comunicación bullían con la noticia de que unos científicos de la NASA habían encontrado una bacteria capaz de usar el arsénico en sustitución del fósforo, sobre todo en su DNA. Casi inmediatamente surgieron muchas voces criticando los resultados y los experimentos. ¿Qué ha sido de todo aquello un año después?

Felisa Wolfe-Simon, primera firmante del artículo publicado en Science, consiguió su objetivo. El microorganismo era una bacteria perteneciente al género Halomonas y la cepa fue llamada GFAJ-1, que era el acrónimo de Give Felisa a Job (Dad a Felisa un trabajo). Pues bien, Felisa dejó el grupo de la NASA (no en buenos términos al parecer) y actualmente se encuentra trabajando en el Lawrence Berkeley National Laboratory de California donde continua investigando como crecer mejor a dicha bacteria y caracterizar otras biomoléculas como los ribosomas. Desgraciadamente no ha hecho públicos sus resultados (o al menos yo no los he encontrado).

Fuente: Blog de Rosie Rendfield.

No así Rosie Redfield, la principal crítica del trabajo de Felisa. Rosie pidió que le enviaran la cepa GFAJ-1 para tratar de reproducir los resultados. Desde entonces lleva haciéndolos públicos en su blog. Y si uno se lee sus interesantes entradas encontrará que crecer a GFJA-1 no ha sido un asunto baladí (por ejemplo: GFAJ-1 no crecía en tubos de plástico pero si en tubos de crista). De hecho no ha podido reproducir alguno de los experimentos realizados por Felisa y sus colaboradores, e incluso ha refutado otros. Pero sí que ha conseguido crecer a GFAJ-1 y ha encontrado que la presencia de arsénico estimula su crecimiento. Lo último que ha hecho es mandar muestras de DNA del microorganismo GFAJ-1 crecido en altas concentraciones de arsénico para que se realice una espectrometría de masas y así comprobar si el arsénico se ha incorporado a la molécula.

Crecimiento de GFJA-1 en medio sin fosfato, con 3 micromolar de fosfato y con 1500 micromolar de fosfato con respecto a diferentes concentraciones de arseniato en el medio. 3 micromolar era la concentración residual de fosfato en el artículo de Felisa en Science. En dicho artículo, la densidad óptica nunca pasaba de 0,2 (ver gráficas aquí), y la concentración máxima de arseniato usada fue de 40 milimolar (40000 micromolar). Obsérvese que a las 24 horas, GFAJ-1 comienza a crecer mucho mejor a partir de una concentración de arseniato superior a 1000 micromolar (1 mM) aunque a las 48 horas ya no hay tanta diferencia. Fuente: Blog de Rosie Rendfield.

En paralelo un grupo investigador liderado por Simon Silver de la Universidad de Illinois en Chicago, ha conseguido secuenciar el genoma completo de GFAJ-1 y están analizándolo. Silver también entra dentro del grupo de los escépticos con los resultados de Felisa. No han crecido a la bacteria en las condiciones de altas concentraciones de arsénico y bajas de fosfato, sino en las condiciones típicas que requiere esta bacteria que vive en el lago Mono (que ya son bastante extremas de por si). La bacteria tiene 3400 genes en los 3,5 millones de bases del genoma. Les ha sorprendido encontrar que GFJA-1 tiene menos genes involucrados en la supervivencia en presencia de arsénico que los que tiene Escherichia coli. Tiene una cierta lógica si pensamos que Rosie Renfield ha encontrado que GFAJ-1 crece mejor si hay arsénico en el medio, que si no lo hay.

Quienes si han dejado de trabajar con GFAJ-1 es el grupo del doctor Ron Oremland, antiguo jefe de Felisa y último firmante del famoso artículo. Sólo se dedican a mandar el microorganismo a aquellos que lo soliciten. En sus propias palabras - están un poco cansados de todo eso... además nadie creería ningún resultado del laboratorio en estos momentos. Necesitamos que otros grupos publiquen sus propios hallazgos independientes. De hecho, Oremland ayudó al grupo de Silver a crecer a GFAJ-1 para tener suficientes células y obtener DNA que poder ser secuenciado. Incluso se han apostado una botella de whisky a ver quién es el que tiene la razón en este asunto.

Quizás el año que viene sabremos quién ha ganado la apuesta. Aunque yo apuesto por Rosie Renfield y Simon Silver.

ACTUALIZACION: Rosie Redfield demostró que el DNA de GFAJ-1 no tiene arsénico. Ver aquí para una el comentario en Scientific American

Entrada realizada a partir de material aparecido en Science, Cosmic Log, Popular Science y USAToday.

Esta entrada participa en el VIII carnaval de la Biología organizado por "Resistencia Numantina" y en el X carnaval de la Química organizado por Biounalm.

Wolfe-Simon, F., Blum, J., Kulp, T., Gordon, G., Hoeft, S., Pett-Ridge, J., Stolz, J., Webb, S., Weber, P., Davies, P., Anbar, A., & Oremland, R. (2010). A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus Science DOI: 10.1126/science.1197258

Silver S, & Phung le T (2011). Novel expansion of living chemistry or just a serious mistake? FEMS microbiology letters, 315 (2), 79-80 PMID: 21232070

¿Cuántas g's puede aguantar un ser vivo?

Crecimiento de P. denitrificans a 30 ºC en 1 g (A) o en 134.435 g's (B) (Fuente: Deguchi et al.)

Las bacterias acaban de ganar un nuevo record de resistencia. Son los únicos seres vivos que pueden, no sólo aguantar, sino vivir bajo la acción de una aceleración superior a 400.000 g’s. Es decir, 400.000 veces la fuerza de gravedad de la Tierra.

Para hacernos una idea de lo que eso significa. Un tiovivo de unos 5 metros de radio y girando a unas 15 revoluciones por minuto llega a las 1,26 g's. La mayor parte de los seres humanos pierden la consciencia cuando se les somete a 5 g’s. Los astronautas llegan a sufrir un acelerón de unas 9 g’s cuando son lanzados en un cohete. Si nos aplicaran una fuerza de 400.000 g’s quedaríamos convertidos en pulpa.

Pero al biólogo Shigeru Deguchi, de la agencia japonesa de Tecnología y Ciencia Marina y Terrestre le surgió la pregunta de qué ocurriría si a unas bacterias se las sometía a dichas fuerzas tan enormes. Para ello utilizó una ultracentrífuga: una maquina en la que se pueden simular dichos campos de fuerza mediante la fuerza centrífuga. Las centrífugas son uno de los aparatos estándar de cualquier laboratorio de Biología Molecular. Gracias a la fuerza centrífuga se pueden precipitar diversas macromoléculas, o incluso separarlas en base a su densidad.

John Stapp, un piloto de pruebas estadounidense, llegó a estar sometido a 46'2 g's. En estas imágenes se muestra un test donde sufrió 15 g's durante 0.6 segundos con un pico de 22 g's (Fuente: Wikipedia)

En nuestra experiencia cotidiana la centrífuga más famosa es la del tambor de la lavadora. La velocidad que alcanzan es de hasta 1200 revoluciones por minuto. Teniendo en cuenta un radio de 30 cm, la fuerza que ejerce es equivalente a unas 480 g’s. Para aquellos que estudian una carrera de Biología o similar, una centrífuga de tubos eppendorf (la que suele aparecer en los laboratorios de la serie CSI) alcanza hasta unas 18.000 g's.

Pues bien, una ultracentrífuga es algo parecido a nuestras lavadoras pero el rotor puede girar a velocidades que permiten alcanzar esas 400.000 g’s (incluso se alcanza el millón de g's). Así que el grupo de Shigeru Deguchi cogió unos cuantos cultivos bacterianos, entre ellos a nuestra amiga Escherichia coli, a la bacteria del suelo Paracoccus denitrificans, a Shewanella amazonensis, a Lactobacillus delbruecki y a la levadura Saccharomyces cereviseae, y las puso a girar en ese diabólico tiovivo.

Probablemente esperaban encontrar que algunas bacterias sobrevivieran al tratamiento, pero lo que han encontrado es incluso más sorprendente. Hay bacterias que no sólo sobreviven, sino que son capaces de crecer y reproducirse en esas condiciones. Es decir, no están en forma latente, sino que están vivas y activas. Al microscopio no parecen mostrar alteraciones de consideración.

Crecimiento de P. denitrificans en hiperaceleración. Las fotografías muestran el pellet (precipitado) de células bacterianas después de ser incubadas a 30º C y 403.627 × g. (A) 0 horas, (B) 6 horas, (C) 24 horas y (D) 48 horas. El diámetro del tubo es de 18 mm. (Fuente: Deguchi et al.)

La levadura S. cereviseae llegó a aguantar hasta las 52.000 g's, superando a la bactteria L. delbrueckii (hasta 44.000 g's). Pero las bacterias no tienen orgánulos y el contenido del citoplasma no parece verse muy alterado, o al menos no tanto como para dejar de funcionar. Las bacterias E. coli y S. amazonensis llegaron hasta las 77.000 g's. La campeona absoluta fue la bacteria P. denitrificans con 403.627 g's. Deguchi piensa que las bacterias aguantan más que los eucariotas debido a que la organización intracelular bacteriana es mucho más simple que la organización eucariota. Cuando una célula eucariota es sometida a unas fuerzas centrífugas tan elevadas, sus orgánulos internos como las mitocondrias o el núcleo comienzan a sedimentar.

(A) Curvas de crecimiento de P. denitrificans a distintas hiperaceleraciones. (B) Variación del tiempo de generación de diferentes microorganismos con respecto a la hiperaceleración a la que son sometidos. La única especie que soporta más de 100.000 g's es P. denitrificans. Cuanto más alto es el valor de g_rel, peor es el crecimiento del microorganismo (Fuente: Deguchi et al.)

¿Cuál es la importancia de este hallazgo? Bueno, los defensores de la panspermia se han puesto la mar de contentos ya que una de sus propuestas es que el impacto de un meteorito en la superficie de un planeta que contuviera vida podría expulsar rocas al espacio conteniendo microorganismos. En ese caso, esas rocas serían sometidas a fuerzas equivalentes a 300.000 g’s. Aunque aún les quedaría explicar cómo aguantarían el viaje interestelar y la entrada en la atmósfera. Sin embargo el hallazgo tiene otras implicaciones para la exobiología. Abre la posibilidad de que la vida pueda habitar planetas de gran tamaño como los gigantes gaseosos, Júpiter o Saturno. E incluso enanas marrones, ya que en esos cuerpos celestes no se supera el centenar de g’s y la temperatura es de unos 400 K (el límite teórico de temperatura de la vida es de 395 K). Aunque hay que señalar que en estos últimos casos habría que considerar otros aspectos físicos como la presión y la temperatura de los gases de la atmósfera.

Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Física que organiza Scientia

Deguchi S, Shimoshige H, Tsudome M, Mukai SA, Corkery RW, Ito S, & Horikoshi K (2011). Microbial growth at hyperaccelerations up to 403,627 x g. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PMID: 21518884

Lo mejor del 2010

Happy Darwin Day. Fuente: Gonzolabs

Hoy es el Día de Darwin y además se está celebrando el I carnaval de la Biología con especial interés en las bacterias, que por algo son los seres vivos más abundantes del planeta. Así que aquí va un resumen del artículo del blog Small things considered escrito por Moselio Schaechter conjuntamente con Mark Martin y en el que han preguntado a diversos microbiólogos cuales han sido los artículos que más les han llamado la atención durante el 2010. Algunos han sido comentados en este blog, y otros lo serán.

Michael Yarmolinsky eligió ATP control of dynamic P1 ParA-DNA interactions: a key role for the nucleoid in plasmid partition escrito por Vecchiarelli, Han,Tan, M Mizuuchi, Ghirlando, Biertümpfel, Funnell, y Mizuuchi. Versa sobre el mecanismo de segregación de los cromosomas en el proceso de reproducción bacteriana.

Charles Yanofsky se inclina por los artículos aparecidos en la revista Microbe sobre Darwin, la evolución y la microbiología. El primero está escrito por Roberto Kolter y Stanley Maloy. El segundo por Richard Lenski describiendo su famoso experimento que ya lleva 50.000 generaciones.

David Lipson vota por el artículo de la "arsénico-bacteria" sobre todo por el revuelo que causó, más que por su calidad científica.

Forest Rohwer opina que el mejor es el artículo escrito por su grupo: Viral and microbial community dynamics in four aquatic environments, a pesar de que nadie lo entiende :)


Nanne Nanninga se decanta por dos trabajos. Uno es el de Venter y su grupo al conseguir construir una bacteria con un genoma sintetizado artificialmente. El otro es el titulado Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion y que trata sobre la aparición de numerosos genes precediendo a la acumulación de oxígeno en la Tierra.

Michel Malamy da su voto al artículo Robust Growth of E.coli. en el que los autores han diseñado un dispositivo que permite estudiar la reproducción de varias células de E. coli de manera individual y durante largos periodos de tiempo.

Conrad Woldringh también se decanta por el proceso de reparto de los cromosomas. Entropy as the driver of chromosome segregation es el interesante título del artículo seleccionado.

Margaret McFall-Ngai escoge el artículo sobre las "Celestinas Microbianas" como lo más curioso del 2010.

Lisa Gorski prefiere el artículo sobre la microbiología de las pinturas rupestres y su importancia para la conservación del patrimonio cultural de la humanidad. Este tema lo usé hace tiempo para un problema de microbiología.

Yuri Gorbi ha seleccionado dos artículos sobre la comunicación entre comunidades microbianas al estilo "Avatar". Uno de ellos fue comentado en el blog y el otro ha sido publicado recientemente en Science.

Mark Martin lleva su elección a un artículo que describe como Salmonella es capaz de aprovechar el funcionamiento de nuestro sistema inmune para progresar en su infección y que fue comentado en "El podcast del Microbio". Su segunda elección es para el artículo que habla de la caracterización de la microbiota de la piel como una nueva herramienta forense y del que también hemos hablado.

Finalmente, Merry Youle seleccionó también dos artículos. Uno escrito por T Kenzaka, K Tani, y M Nasu titulado: High-frequency phage-mediated gene transfer in freshwater environments determined at single-cell level y que inspiró su entrada Promiscuous Bacteria and Playboy Viruses. El otro fue Decision Making at a Subcellular Level Determines the Outcome of Bacteriophage Infection y que disecciona el proceso denominado "decisión lisis-lisogenia" en el fago λ.

Esta entrada participa en el I Carnaval de la Biología cuyo anfitrión es el blog Microgaia.

Bad Project

En estos días todos andamos un poco de cabeza. Los alumnos están de exámenes y los profesores estamos pidiendo fondos para los proyectos de investigación. Pero claro, lees las declaraciones de la ministra del ramo sobre "máximos históricos de financiación" y te dan ganas de llorar. Así que aquí dejo este par de vídeos para alegrarnos un poco el día. Están subtitulados en inglés, por lo que se entienden bastante bien.

Personalmente creo que los chicos de "Tesis, el musical" lo hicieron mucho mejor, pero hay que reconocer que estos vídeos también tienen sus puntillos.

Vida y arsénico. Star Trek se anticipó a la NASA

No voy a hacer competencia al estupendo blog "Física en la Ciencia-Ficción" pero me he encontrado esta historia en el blog "Biology in Science Fiction" y me parece bastante adecuada para relajarse durante el fin de semana después de la polémica sobre los microorganismos que quizás puedan usar el arsénico.

Resulta que los organismos arseniófilos ya han sido descritos en obras de ciencia-ficción. El primer ejemplo son los feroces klinglons de la serie Star Trek. En la novela "Doctor's Orders" escrita en 1990, el capitán Kirk y el doctor Bones mantienen una conversación sobre la salsa klingon denominada tabekh. Bones le dice a Kirk que mejor no la pruebe ya que lleva arsénico. Kirk se sorprende y Bones le explica que los klingons la encuentran deliciosa por su sabor amargo, y que además requieren arsénico en su dieta.

El segundo ejemplo son los "micros" imaginados por la bióloga y escritora de Ciencia-Ficción Joan Slonczewski. En el año 2000 publicó la novela "Brain Plague". Los "micros" son unos microorganismos extraterrestres arseniófilos estrictos que son capaces de desarrollar un comportamiento inteligente cuando viven de manera simbióntica en el interior de los cerebros de los humanos. Funcionan de manera análoga a unos microprocesadores en paralelo. Aquellos humanos infectados aumentan sus capacidades intelectuales, tanto a nivel científico como artístico, pero los microbios también quieren algo a cambio que puede significar el fin de la humanidad.

Buen fin de semana.


Enlaces relacionados:
Arsénico por sustitución
El arsénico puede esperar

El arsénico puede esperar

Ciertamente, el artículo sobre la bacteria que puede utilizar arsénico en lugar de fósforo ha levantado polvareda. Así que el objetivo propagandístico de la NASA se ha cumplido.

Pero también han empezado a aflorar las críticas. Gracias a César Sánchez he tenido noticia de la realizada por la microbióloga Rosie Redfield de la Universidad de la Columbia Británica. Es bastante larga, y dura, así que voy a resumir los principales puntos.

Crítica principal: básicamente no presenta NINGUNA evidencia de que el arsénico se haya incorporado en el DNA (ni en ninguna otra molécula)

¿En qué se basa Rosie Redfield para decir eso?

1.- Las curvas de crecimiento.
No hay una buena correspondencia entre ellas. Lo grave no es que el eje de ordenadas (eje y) esté en escala lineal (Densidad óptica u OD) y la otra en logarítmica (Nº de células). Lo grave es que parecen decir cosas distintas. La Densidad óptica nos mide la masa del cultivo, que a su vez debe equivaler al número de células. Fijémonos en el valor del cultivo con fosfatos. Alcanza un valor de 0,25. Vayamos ahora a la gráfica del número de células y tendremos que se llega a un valor de unos 2'5 x 10⁸ células por mililitro. Observemos ahora que ocurre en presencia de arsénico. El valor de OD es de 0,15. Si hacemos una regla de tres, a ese valor le debería corresponder un número de células de 1,5 x 10⁸ células por mililitro. Sin embargo en la gráfica B observamos que el valor es más bien de 1,5 x 10⁷, es decir, diez veces menor de lo esperado.

Curvas de crecimiento de GFAJ-1 en diferentes condiciones de cultivo. En A se representa la densidad óptica y en B el número de células de los cultivos en presencia de fosfato (línea contínua y círculos negros), arsenato (línea discontinua y cuadrados negros) y sin fosfato ni arsenato (línea continua y triángulos blancos). La explicación de las microfotografías C, D y E se puede leer en la anterior entrada de este blog. (Fuente: Wolfe-Simons et al.)

2.- Puede haber suficiente fósforo en el medio.
Los autores admiten que no pueden evitar una presencia residual de fosfato de 3 μM. Rosie Redfield hace unos sencillos cálculos y encuentra que en cada mililitro debe de haber 1.9 x 10¹⁵ átomos de fósforo. Asume que las células tienen un genoma de 5 MB (es es un genoma muy grande) y que esa cantidad de DNA requiere la mitad de fósforo de la célula. La otra mitad sería para el RNA y otras moléculas (en mi opinión requiere al menos 3 veces más para hacer los fosfolípidos de la membrana interna y de la externa). Si sus cálculos son correctos, una célula necesitaría 2 x 10⁷ átomos (asumamos 8 ⁷ contando fosfolípidos). Entonces si dividimos encontraríamos que en un sólo mililitro hay fósforo suficiente para mantener a 9,5 x 10⁷ células (2,3 x 10⁷ con fosfolípidos). Como en la gráfica B observamos que en el máximo de crecimiento con arsénico hay 1,5 x 10⁷ células por mililitro entonces tenemos que las células podrían haber crecido sin necesitar el arsénico (incluso contando los fosofolípidos).

Además, como bien apunta César en los comentarios, no se puede descartar que las bacterias puedan tomar el fósforo de las que mueren. Reciclar a los muertos cuando el cultivo se encuentra en fase estacionaria es algo que se ha estudiado en E. coli, y no sería nada raro encontrarlo en un microorganismo que vive en un ambiente tan oligotrófico.

3.- ¿Cuánto fósforo se necesita para vivir?
Los autores afirman que una bacteria heterotrófica presenta en su composición entre un 1 a un 3% de fósforo en el total del peso seco. Pero ese dato se refiere a E. coli creciendo en un medio rico. La cepa GFAJ-1 presenta un 0,02% de fósforo cuando es crecida en arsénico y un 0,5% cuando se crece en presencia de fósforo. Además, la concentración ha sido calculada en base al peso de la célula, y las crecidas en arsénico contienen gránulos de PHB (posiblemente) así que es probable que la proporción sea mayor.

4.- Para demostrar la incorporación de fósforo a las biomoléculas han utilizado una combinación de técnicas low-tech para preparar el material y high-tech para identificar los átomos
Esto se ve claramente en el apartado que trata de demostrar que el DNA de las células crecidas en arsénico lleva átomos de dicho elemento en su composición. La extracción del DNA se realiza se realiza a partir de la banda de un gel de agarosa. Luego miden la relación del arsénico respecto del carbono total.

Hay que tener en cuenta que en un DNA normal hay un átomo de fósforo por cada diez de carbono (razón 1:10). Cuando realizan el estudio obtienen que en una bacteria crecida en fósforo la razón es de 6.9 x 10^-6. Eso quiere decir que en un genoma de 2 Mb habría unos 200 átomos de arsénico y 4 millones de átomos de fósforo. Cuando se mira la razón en células crecidas en arsénico esta es de 1.34 x 10^-5, es decir que habría 400 átomos de arsénico. El resto deben de ser de fósforo.

Sobre los datos del sincrotrón, la autora reconoce que esa técnica le supera, pero no ve como puede distinguir entre el arsénico que está en el medio de cultivo y el que está integrado en las moléculas.

Hasta aquí el resumen. Hay muchas más cosas, pero creo que con lo indicado aquí basta para poner el artículo en cuarentena y esperar que se confirme.

Y para terminar la anécdota. El nombre de GFAJ-1 es el acrónimo de Give Felisa A Job. Felisa es el nombre de la primera autora del artículo y al parecer es porque estuvo bastante tiempo pidiendo una beca para investigar.


ACTUALIZACION: Rosie Redfield ha colgado en su blog la carta que va a mandar a Science. Añade un punto más. El DNA lo analizan sin extraerlo del gel de agarosa con lo que la proporción de Carbono es errónea porque se mide la del DNA y la del gel.

Wolfe-Simon, F., Blum, J., Kulp, T., Gordon, G., Hoeft, S., Pett-Ridge, J., Stolz, J., Webb, S., Weber, P., Davies, P., Anbar, A., & Oremland, R. (2010). A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus Science DOI: 10.1126/science.1197258

Arsénico por sustitución

Tenía pensado seguir con el tema del microbioma, pero había que concluir el tema de las "noticias impactantes" de la NASA.

A mí me han parecido un poco defraudantes, lo que no me pilla de sorpresa. No han descubierto ninguna nueva forma de vida, ni en este planeta y mucho menos en otro lugar del universo. Pero la noticia tiene su interés. Parece ser que han conseguido obligar a un ser vivo a crecer usando arsénico en lugar de fosfato para sus biomoléculas. Y eso incluye a los ácidos nucleicos.

Recordemos que el fósforo es un bioelemento esecial. Los seres vivos lo usan para hacer ATP que usan como moneda energética en el metabolismo. Pero también se usa para hacer unas cuantas biomoléculas, principalmente los ácidos nucleicos y los fosfolípidos. En una entrada anterior del blog vimos que hay microorganismos que son capaces de usar nitrógeno en lugar de fósforo para los lípidos. Ahora, parece que el arsénico puede sustituir al fósforo en los ácidos nucleicos. Tengamos en cuenta que el arsénico está debajo del fósforo en la tabla periódica, así que son elementos análogos en cuanto a su reactividad química. De hecho, ese parecido es lo que explica la toxicidad del arsénico. Se incorpora en las rutas metabólicas del fósforo sustituyéndolo en la formación de enlaces ésteres. Pero a diferencia del fósforo, las biomoléculas que llevan arsénico en su composición son mucho menos estables.

Microfotografías electrónicas de barrido de la cepa GFAJ-1 creciendo con arsénato (C) y con fosfato (D). Nótese que las primeras tienen un mayor volumen que las segundas. La microfotografía E es de microscopía de transmisión y muestra posibles depósitos de hidorixibutirato en las células de GFAJ-1 que han crecido en arseniato. (Fuente: Wolfe-Simons et al.)

¿Cómo han conseguido "convencer" a un microorganismo para utilizar arsénico? Pues como suele decirse, a la fuerza ahorcan. Lo que han hecho es coger fango del lago Mono en California, un lago hipersalino con altas concentraciones de arsénico. Ese fango sirvió como inóculo de un medio de cultivo con un pH de 9,8 que contenía 10 mM de glucosa, vitaminas, algunas trazas de metales, arseniato (AsO₄^3-) en una concentración de 100 μM, y no se añadió fosfato. Es decir, realizaron lo que se conoce como un cultivo de enriquecimiento, ya que lo que se deseaba era favorecer a los microorganismos que pudieran medrar en esas condiciones de baja disponibilidad de fosfato.

Hay que tener en cuenta que al iniciar el cultivo si hay fosfato presente. El que contiene el fango y los microorganismos que lo habitan. Así que una vez ha crecido ese primer cultivo los investigadores tomaron una alícuota y la usaron como inóculo de un medio de cultivo similar (en una dilución de 10x). Con eso lo que se consigue es reducir la cantidad de fosfato disponible. Esto lo repitieron unas cuantas veces más, al mismo tiempo que incrementaron la cantidad de arsénico del medio llegando a alcanzar los 5 mM. La cantidad de fosfato del medio debida a impurezas en las sales quedó en unos 3 μM.

En la séptima transferencia, tomaron una alícuota y la cultivaron en una placa petri con el mismo medio de cultivo. De esa forma obtuvieron colonias aisladas. Una de ellas, denominada cepa GFAJ-1, fue repicada y transferida a un medio de cultivo sin fosfato. Se volvió a incrementar la cantidad de arsénico hasta alcanzar los 40 mM. Al mismo tiempo, secuenciaron el 16S rRNA de la cepa para saber de que microorganismo se trataba. Es un miembro de la familia Halomonadaceae que crece con un tiempo de generación de 31 horas en presencia de arsénico y sin fosfato. Si se crece en un medio con fosfato (1,5 mM) y sin arsénico, el microorganismo crece entonces con un tiempo de generación de 19 horas y se obtienen 10 veces más células en fase estacionaria. Si no hay ni fosfato ni arsenato en el medio, el microorganismo no crece.

Análisis Nano-SIMS de células de GFAJ-1 creciendo con arseniato (imágenes B, D y F) o con fosfato (imágenes C, E y G). SIMS son las siglas en ingles de Secondary ion mass spectrometry y lo que nos dice esta técnica es la composición elemental de las células. A mayor color, más cantidad del elemento (As o P) que se está midiendo. (Fuente: Wolfe-Simons et al.)

Utilizando un isótopo de arsénico (⁷³As) han determinado donde se incorpora dicho elemento. Y se incorpora tanto a los ácidos nucleicos, a los lípidos, a los intermediarios metabólicos y a las proteínas. Es decir, sus datos parecen confirmar el hecho de que el arsenato puede actuar como un análogo químico del fosfato en las biomoléculas. Pero no olvidemos que la cepa GFAJ-1 no es un arsenófilo estricto. Si hay fósforo en el medio, lo preferirá al arsénico.

Reconozco que el trabajo es interesante pero ¿qué importancia tiene para la NASA y la exobiología? Pues la verdad, aparte de demostrar que puedes obligar a un ser vivo a utilizar arsénico en lugar de fosfato, yo no le veo mucho más (sí, me ha molestado bastante la forma tan burda de hacer publicidad). Que yo sepa el fósforo es más abundante que el arsénico por regla general, y encima sus esteres son más estables. Así que una forma de vida extraterrestre probablemente utilice el fósforo antes que en el arsénico para su química. Pero evidentemente, si estos resultados se confirman, habrá que decir que el fósforo no es un elemento totalmente esencial para que exista vida.

La crítica a este artículo

Otros enlaces sobre esta historia:

Biounalm
Ciencia Kanija
Experientia Docet
La ciencia de la vida, la biología
La ciencia y sus demonios

Wolfe-Simon, F., Blum, J., Kulp, T., Gordon, G., Hoeft, S., Pett-Ridge, J., Stolz, J., Webb, S., Weber, P., Davies, P., Anbar, A., & Oremland, R. (2010). A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus Science DOI: 10.1126/science.1197258

Qué será, será... pues no será para tanto.

Bueno, sólo faltan 24 horas para que la NASA de la rueda de prensa con "noticias impactantes", tal y como se recogía ayer en Maikelnai's blog. Hoy, el periódico "ABC" da una pista sobre lo que puede tratar dicha conferencia, pero es el periódico "Daily Mail" el que da más detalles.

Al parecer se va a publicar en la revista Science un artículo sobre el descubrimiento de unas bacterias cuyo metabolismo energético está basado en el arsénico en lugar de en el fósforo. Dichas bacterias se han aislado del lago Mono, un lago hipersalino localizado en California.

O sea, que de bichitos verdes extraterrestres, nada de nada. Vaya farol que se han marcado los de la NASA (como otras veces).

Negra Vida. Un análogo terrestre de la posible vida en Titán

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El lago Pitch. Los puntos negros muestran los lugares de muestreo. A la derecha se ve una burbuja en la superficie de asfalto. La barra de escala representa 5 cm (fuente: Schulze-Makuch et al.)

El lago Pitch está situado en la isla caribeña de Trinidad y Tobago. No es precisamente un destino turístico paradisíaco a menos que trabajes para una compañía petrolífera. Es un lago natural de asfalto caliente con una superficie de 40 hectáreas y que supongo debe de oler a carretera recién asfaltada. De hecho, una gran parte del PIB de Trinidad y Tobago viene de la venta de asfalto.

El terreno circundante al lago está lleno de petróleo caliente. Este va filtrándose hacia la superficie y en el proceso los hidrocarburos se van mezclando con el fango mientras que los componentes más volátiles se evaporan. Lo que queda es una emulsión de asfalto con agua a una temperatura que oscila entre 32 y 56º C y que puede ser aprovechada industrialmente. Pero desde hace tiempo los científicos han observado con interés este lugar. En primer lugar por sus potencialidades como fuente de microorganismos biorremediadores para ser usados en derrames de petróleo. En segundo lugar, porque el lago Pitch es un hábitat saturado de hidrocarburos líquidos, algo muy parecido a lo que podríamos encontrar en Titán, una de las lunas de Saturno.

Los lagos de hidrocarburos de Titán (fuente: wikipedia)

Así que un grupo de científicos ha tomado muestras de dicho lago y tras analizarlas han encontrado microorganismos. En cierto sentido eso ya no sorprende. En el blog hemos comentado otros ecosistemas extremos en los que parecía imposible la vida. Pero estos nuevos microorganismos presentan una propiedad que aunque se había visto antes, no por ello deja de sorprender. Parecen capaces de generar su propia agua al producir sus reacciones metabólicas.

Una de las más importantes limitaciones para la vida es la disponibilidad de agua. Más de dos terceras partes de la composición de un ser vivo es agua. Sin líquido elemento no se podrían llevar a cabo las reacciones bioquímicas, ni disolver o suspender las moléculas. Pero la disponibilidad de agua no sólo depende del contenido de agua del ambiente, sino también de la concentración de solutos que hay en dicha agua. Si hay muchos, "secuestran" las moléculas de agua e impiden que los seres vivos puedan usarla. Por eso la sal es un buen conservante.

El parámetro físico que mide la disponibilidad de agua se denomina actividad del agua (aw) y es la razón entre la presión de vapor de aire en equilibrio con una solución y la presión de vapor a la misma temperatura del agua pura. Sus valores oscilan entre 0 y 1. Cuanto más alto el valor, más disponibilidad de agua. Para hacernos una idea, la sangre tiene una actividad de 0,995, el agua de mar de 0,998, el jamón serrano de 0,85, el bacalao salado de 0,75 y un caramelo de 0,7. La actividad de agua de algunas de las zonas del lago Pitch oscila entre 0,49 y 0,65. El límite anteriormente registrado estaba en 0,61.

Los investigadores han encontrado densidades celulares de hasta 10⁷ células por gramo en algunas de las muestras. El análisis genético y bioquímico muestra que la microbiota está compuesta de bacterias y arqueas capaces de degradar anaeróbicamente los hidrocarburos, utilizar iones metálicos para procesos respiratorios y utilización de rutas metabólicas basadas en la química de un sólo átomo de carbono (rutas C1). La mayor parte del metabolismo de los seres vivos se basa en rutas C2.

Comparación de la biodiversidad de las microbiotas de diferentes lugares donde abundan los hidrocarburos. Las barras indican la presencia de una determinada especie. La intensidad del color da idea de su abundancia. Las muestras recogidas en el lago Pitch están en el interior del recuadro grisaceo de la izquierda. La principal diferencia es la gran abundancia de especies pertenecientes a los Thermoplasmatales (fuente: Schulze-Makuch et al.)

Dentro del Dominio Archaea han encontrado nuevos miembros del grupo de las Arqueas Anaerobias Oxidadoras del Metano (ANME), metanógenos y respiradores del metal del orden Thermoplasmatales. En el Dominio Bacteria se han encontrado a representantes de los quimiolitotrofos reductores del sulfato del orden Thiotrichales y representantes de los Campylobacteriales, así como bacterias conocidas por su capacidad degradadora de hidrocarburos de los órdenes Pseudomonadales, Oceanoespirillales y Bhurkolderiales. La microbiota encontrada presenta algunos parecidos con los de otras microbiotas caracterizadas en lugares como fuentes volcánicas o yacimientos mineros, pero también presenta características exclusivas.

Microfotografía electrónica de una arquea del género Thermoplasma. Este tipo de microorganismo no tiene pared celular y por eso tiene esa forma irregular (fuente: MicrobeWiki)

Las condiciones del algo Pitch pueden ser un análogo de los lagos de hidrocarburos que se descubrieron en Titán. El hecho de que haya lluvia de metano en esa luna abre la posibilidad de que exista un ciclo del metano similar a nuestro ciclo del agua. Quién sabe, a lo mejor la próxima misión planeada para el 2030 nos puede dar sorpresas.

Grant, W. (2004). Life at low water activity Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 359 (1448), 1249-1267 DOI: 10.1098/rstb.2004.1502
Kreuzer-Martin, H. (2005). Oxygen isotopes indicate most intracellular water in log-phase Escherichia coli is derived from metabolism Proceedings of the National Academy of Sciences, 102 (48), 17337-17341 DOI: 10.1073/pnas.0506531102
Dirk Schulze-Makuch, Shirin Haque, Marina Resendes de Sousa Antonio, Denzil Ali, Riad Hosein, Young C. Song, Jinshu Yang, Elena Zaikova, Denise M. Beckles, Edward Guinan, Harry J. Lehto, & Steven J. Hallam (2010). Microbial Life in a Liquid Asphalt Desert arXiv arXiv: 1004.2047v1

Microbiología "Avatar" Style

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Bueno, pues yo también voy a hablar de la película "Avatar" que nunca viene mal que te aumente el número de visitantes. Sin entrar en el aspecto cinematográfico y artístico, hay varios blogs y páginas que se han dedicado a las facetas científicas de dicha película. La mayor parte de ellos lidian con los aspectos de la física, aunque también los hay que han tratado los aspectos biológicos y evolutivos. La verdad es que si uno se pone en plan biofriki hay muchas cosas que discutir: ¿Por qué los Na'vi son azules? ¿Cómo surgió el puerto USB biológico? ¿Por qué los Na'vi son humanoides con cuatro extremidades mientras que el resto de la fauna de Pandora tienen seis? etc. Pero desde mi punto de vista, el principal hecho biológico es que el planeta Pandora es una recreación de la hipótesis Gaia.

No es la primera vez que dicha hipótesis ha aparecido en la Ciencia-Ficción. En la obra "Mundo Anillo" se habla por primera vez del mundo de los girasoles, una variación del "mundo de las margaritas" postulado por Lovelock. También Asimov y Orson Scott Card han utilizado la hipótesis Gaia en sus obras. Personalmente opino que Gaia aún debe de considerarse como una "hipótesis" y que todavía faltan observaciones y, sobre todo, experimentos que permitan corroborarla y así considerarla una "teoría". De hecho, dicha hipótesis no casa muy bien con la actual teoría evolutiva y con otros datos geológicos. Lo bueno que tiene la hipótesis Gaia es ha permitido considerar un enfoque más holístico en el abordaje de algunos problemas biológicos. Lo malo, que muchos se la han tomado como una especie de religión debido a su carácter teleológico.

Pandora (fuente: Mundo Troodon)

James Cameron imagina que toda la biosfera de Pandora puede interconectarse entre sí. En el caso de la fauna todos los animales parecen poseer unas extensiones con un puerto USB biológico en su interior. Los leonopteros, los prolemures o los tanatores tienen dos de esas conexiones, pero los Na'vis solo poseen una en forma de estilosa trenza. La flora en cambio presenta una especie de micorrizas bioluminiscentes para efectuar dicha conexión. Llegado el caso, la conexión es tan efectiva que la biosfera de Pandora se comporta como un mega-superorganismo capaz de actuar frente a amenazas externas como los terrícolas.

El famoso puerto USB biológico que permite conectarse a toda la biosfera de Pandora (fuente: Mundo Troodon)

El comportamiento de Pandora como superorganismo es bastante diferente al de los superorganismos terrícolas. Los ejemplos típicos de superorganismo terrícola son los hormigueros y las colmenas. En ellos la colonia lo es todo y los individuos que forman parte de ella tienen sus tareas asignadas desde su nacimiento. Hay obreras que trabajan por la colonia, soldados que defienden la colonia y reinas que reproducen la colonia. Pero, salvo en películas como "Hormigaz" o "Bichos", nunca veremos a las obreras pelearse entre sí o con los soldados y las reinas. En cambio, en Pandora, cada ser vivo se comporta de manera darwiniana (comer o ser comido, dejar descendencia) durante casi toda la película, y sólo cooperan cuando el planeta se siente amenazado. En ese sentido, el superorganismo Pandora se comporta de forma parecida a una sociedad humana. Los miembros de una misma sociedad pueden competir por los recursos, pero pueden cooperar si se sienten amenazados.

Un superorganismo terrícola en acción. Fotograma de la película "Hormigaz" (Antz) (fuente: Filmscliponline)

Bueno, el caso es que parece haberse encontrado un nuevo tipo de superorganismo en el planeta Tierra. Lars Peter Nielsen y su grupo de la Universidad de Aarhus en Dinamarca han encontrado que las comunidades de bacterias oxidadoras del azufre que se encuentran en el interior de los sedimentos marinos parecen estar conectadas por una red de nanocables proteicos con las comunidades aeróbicas de la superficie de dichos sedimentos. Esos filamentos permitirían el transporte de electrones entre las diferentes comunidades microbianas a través de la distancia, lo que permitiría que los microorganismos vivan en una simbiosis eléctrica. Según Nielsen, el descubrimiento "es casi mágico... pero no creo que haya mucho "espíritu" en la red que tenemos aquí. Puede ser tan sólo energía. Pero hay una conexión." Como en otras ocasiones en la historia de la ciencia, el descubrimiento se ha hecho casi por casualidad. El grupo de Nielsen estaba interesado en el estudio de la actividad química de las bacterias del azufre que se encuentran en los fondos de la bahía de Aarhus. Así que establecieron un control negativo que consistía en un matraz conteniendo agua marina y sedimentos libres de bacterias del azufre para compararlo con matraces que contenían a dichas bacterias. Una vez acabado el experimento los matraces se dejaron apartados. Al cabo de unas semanas notaron que los sedimentos en dichos matraces cambiaban de color, lo que indicaba que había una actividad química en ellos.

El profesor Lars Peter Nielsen. A la derecha puede verse el aspecto de los sedimentos estudiados. El aspecto negruzco del fondo es debido a la presencia de materia orgánica y de sulfuros metálicos. (fuente: Wired)

Los investigadores notaron que si cambiaban los niveles de oxígeno presentes en la superficie del sedimento al cabo de pocos minutos se producía una fluctuación en la actividad microbiana de las capas inferiores del mismo. La distancia entre la superficie y el fondo era tan sólo de un par de centímetros. No parece mucho para nosotros, pero para un microorganismo del tamaño de una micra sería una distancia equivalente a 20 kilómetros. La distancia era demasiado grande para que dichos cambios se explicaran debido a un transporte químico o a una difusión molecular. Las fluctuaciones eran debidas a otra causa. Se especuló sobre la posibilidad de que hubiera una conexión entre las comunidades bacterianas presentes entre las distintas capas del sedimento. Cualquier cosa que afectara a los microorganismos aerobios de la superficie sedimentaria debería afectar a los microorganismos del azufre que se encontraran debajo. Hasta ahí, nada que no se haya visto antes en ecología microbiana. Pero la rapidez de la conexión sólo se explicaba si ésta era de naturaleza eléctrica. Dicha hipótesis fue propuesta hace algún tiempo, pero es la primera vez que se ha encontrado una evidencia experimental.

Microfotografía electrónica mostrando bacterias de la especie Shewanella onediensis conectadas por nanocables. Se está intentando utilizar dicha propiedad para la construcción de biobaterias (fuente).

Nielsen y su grupo han publicado sus resultados en un reciente artículo de la revista Nature. Incluso han merecido un comentario por parte del equipo editorial. Allí describen como el consumo de oxígeno en la superficie del sedimento se puede acoplar mediante una corriente eléctrica con la oxidación del sulfuro de hidrógeno (H2S) y de compuestos de carbono orgánico presentes en los sedimentos profundos anóxicos. Estaríamos delante de una gran geobiobatería eléctrica. Han encontrado que más del 40% del consumo de oxígeno que sucede en la superficie se debe a los electrones transportados desde la zona anóxica. Es decir, en este sistema las capas superiores "respiran" por el todo, mientras que las capas inferiores "comen" por el todo.

En el esquema se representa como funcionaría la geobiobatería mediante el acoplamiento de unas reacciones de oxidación-reducción. En las profundidades anóxicas tendríamos comunidades microbianas que oxidarían el sulfuro de hidrógeno. Los electrones generados en dicha reacción viajarían a traves de los nanocables hasta las comunidades microbianas de la superficie aeróbica. Los electrones reducirían las moléculas de oxígeno que junto con los protones (H+) generarían agua como producto final, (fuente).

Aún falta por confirmar una cosa. ¿Qué material transporta a los electrones? Los autores proponen que el transporte se realiza gracias a unos nanocables formados por proteínas y pirita (Fe2S), pero aunque estos nanocables se han descrito para Geobacter, en este caso no se han observado. Lo cierto es que si se confirma esta observación se habrá añadido una nueva dimensión al entendimiento de los ciclos biogeoquímicos y de la ecología microbiana.

Bibliografía: Nielsen, L., Risgaard-Petersen, N., Fossing, H., Christensen, P., & Sayama, M. (2010). Electric currents couple spatially separated biogeochemical processes in marine sediment Nature, 463 (7284), 1071-1074 DOI: 10.1038/nature08790 Sanderson, K. (2010). Bacteria buzzing in the seabed Nature DOI: 10.1038/news.2010.90

Audios 1 y 2 en "El podcast del microbio"