Células de Halobacterium vistas a través de un microscopio de alta resolución. Las células individuales en la imagen tienen unas 5 micras de largo. [Más]

10 de Septiembre del 2004: Podemos aprender mucho de un microbio. En estos momentos, un diminuto bicho del Mar Muerto le esta enseñando a los científicos nuevas cosas sobre la biotecnología, cáncer y posible vida en otros mundos. Y eso es solo para empezar:

Este microbio, llamado Halobacterium, puede tener la clave para proteger a los astronautas de uno de los mayores peligros a los que podrían enfrentarse durante una misión a Marte: la radiación espacial. La severa radiación del espacio interplanetario puede penetrar los cuerpos de los astronautas, dañando el ADN de sus células, lo cual puede causar cáncer y otras enfermedades. El daño al ADN es algo que también afecta a las personas que sufren cáncer en la Tierra.

El Halobacterium parece ser un maestro en el complejo arte de la reparación del ADN. Esta maestría es lo que los científicos desean aprender: en años recientes, una serie de experimentos realizados por investigadores auspiciados por la NASA en la Universidad de Maryland han sondeado los límites de los poderes de auto-reparación del Halobacterium utilizando las últimas técnicas sobre genética para ver exactamente la clase de trucos que utiliza para conservar su ADN intacto.

'Hemos fragmentado totalmente su AND. Quiero decir que lo hemos destruido totalmente mediante un bombardeo de radiación. En pocas horas ha logrado reestructurar su cromosoma completo y ponerlo a funcionar en orden”, dice Adrienne Kish, miembro del grupo de investigación que está estudiando al Halobacterium en la Universidad de Maryland.

El ser un virtuoso en la reparación del AND dañado, convierte al Halobacterium en un pequeño microbio muy robusto: en los experimentos realizados por el grupo de investigación, el Halobacterium ha sobrevivido a dosis normalmente letales de radiación UV, a extrema resequedad y aún al vacío del espacio.

El Mar Muerto no está tan muerto

¿Pero a qué se debe que el Halobacterium sea un sobreviviente tan tenaz? ¿Qué fue lo que causó su desarrollo tan mañoso en los mecanismos de reparación del ADN? Y ¿cómo funcionan esos mecanismos?

Jocelyne DiRuggiero, líder del grupo de investigación de Maryland, ha estado explorando estas preguntas durante los últimos cinco años. Ella piensa que la respuesta brota del hecho que el Halobacterium vive de forma natural en algunos lugares realmente inhóspitos: en cuerpos de agua ultra salados como es el Mar Muerto.

La mayoría de la vida marina se mustiaría y moriría en el agua salada del Mar Muerto, la cual es entre 5 y 10 veces más salada que el agua normal del mar. La salinidad extrema daña las células de los organismos y especialmente al ADN dentro de esas células. Esto sucede porque las moléculas de ADN están acostumbradas a verse rodeadas por un denso enjambre de moléculas de agua y el ADN realmente depende de la influencia de estas moléculas para mantener su estructura de la doble hélice helicoidal intacta y evitar el peligro. Pero en aguas ultra saladas, las sales disueltas superan a las moléculas de agua. Privadas parcialmente del contacto con el agua que requieren, las largas tiras de ADN se dañan y aún llegan a romperse, causando una mal función o se mueren.

El Mar Muerto es 5 veces más salado que los océanos de la Tierra. A medida que el agua se evapora, la sal se sedimenta. Cuando se alcanza el punto de saturación, la sal forma estos pilares. Crédito: Universidad Purdue.

La evolución para hacer frente a un estilo de vida salino podría explicar porque el Halobacterium se comporta tan bien en sobrevivir a la radiación y otras devastaciones, razona DiRuggiero:

'Las altas concentraciones de sal conducen al mismo tipo de lesión en el ADN que lo hace la radiación”, nos explica ella. “De manera que si los organismos se adaptan a la extrema salinidad, tienen la maquinaria para reparar estas lesiones cuando se encuentran con la radiación”.

DiRuggiero y su grupo de investigación han comenzado a revelar esta maquinaria de reparación del ADN en una serie reciente de experimentos auspiciados por la NASA para los de Exploration Systems Mission Directorate.

En algunos experimentos, expusieron a células de Halobacterium a una intensa radiación UV. “Utilizamos un UV-C a 254 nm, que es la longitud de onda más letal de los ultra violeta”, dice DiRuggiero. La mayoría de los microbios como E. coli que viven en el intestino humano habrían sido completamente eliminados, aún así el 80% de las células de Halobacterium sobrevivieron. De hecho, continuaron viviendo y reproduciéndose como si nada.

En otros experimentos, los investigadores utilizaron una cámara al vacío en el Centro Espacial de Vuelos Goddard de la NASA para exponer a las células de Halobacterium a un vacío similar al del espacio (1 militorr) Aquí, viviendo en un lugar de agua muy salada, se comprobó que era la salvación del Halobacterium: ya que el vacío provocaba que el agua se evaporase y la sal quedase ahí formando cristales. Las pequeñas células de Halobacterium quedaban atrapadas dentro de estos cristales junto con una poca de agua atrapada.

Una enzima reparadora corrigiendo un error en una molécula de ADN. La enzima está a la derecha en color naranja y verde y parte de la doble hélice del ADN está a la izquierda en azul. Crédito de la imagen: Albert Lau.

'El cristal de sal es como una pequeña casa en la cual las células se protegen a sí mismas de una mayor desecación”, explica DiRuggiero. Las células pueden dormir en un estado semi-latente dentro de los cristales por muy largo tiempo. Cuando son vueltas a disolver en agua, las células rebrotan a la vida, reparan todo el daño ocasionado a su ADN por la desecación parcial y continúan viviendo.

Algunos científicos llegan pretenden que han encontrado células vivas de Halobacterium revestidas en depósitos de sal que tienen 250 millones de años de antigüedad. La pretensión se presta a controversia, pero si fuese cierta, podría tener unas implicaciones muy profundas en la cacería de vida microbiana en Marte. La evidencia de las rovers exploradoras marcianas, Spirit y Opportunity, anunciada en Marzo, sugiere que en algún tiempo ancestral la superficie marciana tuvo lagunas de agua salada, la cual se evaporó lentamente.

'Así que si la vida microbiana se desarrolló en Marte y después se evaporó el agua y los microbios quedaron atrapados en cristales salinos, aún podrían estar ahí y ser viables todavía. Basados en los datos que tenemos en la Tierra, eso es totalmente posible”, dice Kish.

Leyendo el “libro de la vida”

Para comprender como se las arreglaron estas células de Halobacterium para sobrevivir a los experimentos que realizaron, el equipo de DiRuggiero envió a las “víctimas” de sus pruebas al Instituto para Sistemas de Biología en Seattle. Ahí, los científicos utilizaron un instrumento de genética moderno denominado “microcircuito de ADN” (N. del T.Juegos de áreas de reacciones químicas miniaturizadas que pueden utilizarse para probar fragmentos de ADN, anticuerpos o proteínas) para ver una imagen completa del comportamiento del Halobacterium al ser dañado: el conjunto total de herramientas moleculares que entran en acción en la estela de una dosis de UV o en la exposición a un vacío similar al del espacio.

Estas “herramientas de reparación molecular” pertenecen a una categoría de proteínas denominadas enzimas. Las enzimas son las fuerzas de trabajo de todas las células vivas: catalizan los miles de reacciones químicas que son necesarias para la vida, tales como descomponer los alimentos o reparar las fallas en el ADN. El Halobacterium mantiene siempre una cierta cantidad de enzimas a la mano de manera que cuando una dosis de radiación se aplica, este escondite de enzimas puede administrar rápidamente “los primeros auxilios” al ADN. Pero entonces tiene que acumular la producción de otras enzimas de reparación para continuar la labor, activando los genes que producen esas enzimas. Es ese incremento en la actividad genética donde pueden detectarse las pruebas miniaturizadas, permitiendo así mostrar que enzimas son importantes para las maravillosas propiedades de reparación del ADN en el Halobacterium.

Un microcircuito de ADN, visto a través de un microscopio. Cada pequeño punto corresponde a uno de los miles de genes del organismo y el color del punto indica el nivel de actividad de ese gen. Crédito de la Imagen: James Smiley.

A partir de estos microcircuitos, el equipo de DiRuggiero's ha aprendido que cuando se trata de reparar el ADN, el Halobacterium es una especie de “bicho del Renacimiento”. Se mete en un poco de todo. Su genoma, de solamente 2,400 genes, contiene diferentes juegos de mecanismos de reparación del ADN. Algunos de estos juegos de herramientas son como las herramientas de reparación de ADN encontradas en las plantas y animales, otros juegos son más parecidos a los de las bacterias y aún otros son característicos de un grupo de vida mucho menos conocido denominado “Arquea” (el grupo al cual pertenece el Halobacterium). El Halobacterium las tiene todas. Aún más allá de todo esto, el Halobacterium tiene unos pocos mecanismos de reparación de ADN ¡que nadie ha visto anteriormente!

Aprendiendo como funcionan todos estos mecanismos de reparación podría enseñar a los científicos mucho de como suceden las reparaciones de ADN en los humanos y quizá encontrar caminos para aumentar las formas como la misma gente puede hacerle frente a su ADN dañado – una posible bendición para los astronautas.

'Muchas de las proteínas de reparación en el grupo Arquea son muy similares a los del Eucariota –El grupo de vida que nos incluye a usted y a mí --- por lo tanto el Arquea puede ser usado como un simple modelo para el estudio de procesos más complejos que ocurren en eucariota”, explicó DiRuggiero.

Algunas de estas herramientas novedosas también podrían demostrar su utilidad para la industria y la biotecnología, sospecha DiRuggiero. Después de todo, fue estudiando un primo de Halobacterium – un microbio amante del calor – que los científicos encontraron la proteína que copiaba el ADN lo que hizo posible obtener la secuencia completa de los genomas. El proyecto del Genoma Humano nunca podría haber sido obtenido sin ello.

No está nada mal para un humilde microbio.