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» » » ¿Cómo sobreviven los microbios en condiciones de congelación?

Referencia: Science.Daily.com .
por Paige Brown, 10 de octubre 2013

La mayoría de investigadores microbianos cultivan células en placas de Petri para estudiar cómo responden al estrés y a las condiciones dañinas. Pero, con el apoyo de fondos de la NASA, los investigadores en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Louisiana, intentaron algo casi insólito: el estudio de la supervivencia microbiana en el hielo, a fin de entender cómo los microorganismos pueden sobrevivir en el antiguo permafrost, o incluso enterrados en el hielo de Marte.

Brent Christner es profesor asociado de biología, y sus colegas en LSU, entre ellos el doctorando Markus Dieser y el profesor Juan Bautista, Mary Lou Applewhite, han ofrecido sus hallazgos en la reparación del ADN de los microbios atrapados en hielo, aceptados recientemente en la revista Applied and Environmental Microbiology.
Para entender cómo los microbios sobreviven en condiciones de congelación, Christner y colegas se centraron en el análisis del ADN, en una molécula hereditaria que codifica las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y la función de todos los organismos.

"Los microbios están constituidos por macromoléculas que, aunque estén congeladas, se descomponen", dijo Christner. "Sabemos de una serie de reacciones espontáneas que dan lugar a daños en el ADN."

El tipo de daño más peligroso se conoce como la ruptura de la doble cadena, donde el ADN del microbio se escinde en dos piezas separadas que deben estar juntas para que el cromosoma pueda ser funcional.

"Este tipo de daño es inevitable si existen células congeladas en el permafrost durante miles de años y no se pueden hacer las reparaciones", explicó Christner. "Imaginemos que un microbio está en el hielo durante largos períodos de tiempo, y su ADN, progresivamente se rompe a trozos. Vendrá un momento, cuando el ADN del microbio esté muy dañado, que ya no sea una molécula viable de almacenamiento de información. Lo que queda es un cadáver."

La situación parecería un desastre para la longevidad de los microbios en el hielo. Sin embargo, los investigadores han sido capaces de revivir a los microbios enterrados en el hielo y el permafrost desde hace cientos, miles, y hasta millones de años. De hecho, Christner ha conseguido revivir varios tipos diferentes de bacterias de la parte inferior de la capa de hielo en la meseta tibetana de Guliya Qinghan, al oeste de China, un hielo de 750.000 años de antigüedad, mucho antes de la era de los humanos.

Pero, ¿cómo es posible que estos microbios, en contra de las expectativas, sobrevivan a períodos tan largos congelados? La supervivencia de los microorganismos en el antiguo hielo glacial y el permafrost se ha atribuido, típicamente, a su capacidad para persistir en un estado inactivo, metabólicamente inerte. Pero, incluso esta explicación, no tiene en cuenta los niveles de radiación ionizante subyacentes que causan un daño al ADN de estos microbios, congelados o no en la parte inferior de un glaciar.

"Para sobrevivir tanto tiempo, diversos estudios apuntan hacia la dormancia (latencia), o "metabolismo de cámara lenta", sin embargo, sea cual sea el estado fisiológico, sin la reparación activa del ADN un organismo acumula daños en el ADN que a la larga darán lugar a la muerte celular", arguyó Dieser .

Los recientes resultados de Christner y sus colegas apuntan en otra dirección: los mecanismos de reparación del ADN pueden funcionar incluso bajo condiciones de congelación. En experimentos de laboratorio, tomaron suspensiones congeladas de bacterias nativas de permafrost siberiano y las expusieron a una dosis de radiación ionizante para dañar el ADN, equivalente a lo que los microbios hubiesen experimentado durante unos 225.000 años enterrados en el permafrost. Luego, los dejaron incubados a una baja temperatura (-15 ºC) durante dos años, comprobando periódicamente la integridad del ADN de los microbios.

Como cabría esperar, la radiación ionizante dañó el cromosoma circular microbiano, transformándolo en una suspensión de piezas más pequeñas. Lo que sorprendió a los investigadores fue que, en el transcurso de dos años en el congelador, los fragmentos de ADN comenzaron a unirse de nuevo en el orden correcto.

"Esto no es un proceso aleatorio", aseveró Christner. "Esto nos dice que las células están reparando su ADN. Y es importante debido a que no solemos pensar que bajo tales condiciones los procesos biológicos complejos sigan ocurriendo."

Christner señalaba que estos hallazgos permiten especular de manera razonable sobre si la vida nunca evolucionó en Marte, y los microbios siguen congelados en alguna parte en el subsuelo, dichos microbios todavía podría ser viables si aparecen las condiciones adecuadas.

"Tan sólo es una búsqueda de mejora para las condiciones de habitabilidad en Marte", dijo Christner. "Esto es importante en el sentido astrobiológico, porque si estos mecanismos de reparación del ADN actúan en la criosfera de la Tierra, los microbios extraterrestres podrían estar utilizando este mecanismo de supervivencia para persistir en otros mundos helados del sistema solar."


- Imagen: Lago Vostok.
- Fuente: Louisiana State University. Artículo original por Paige Brown.
- Publicación: M. Dieser, J. R. Battista, B. C. Christner. Double-strand DNA break repair at -15 C. Applied and Environmental Microbiology, 2013; DOI: 10.1128/AEM.02845-13 .
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