La mayoría de los microbiólogos cultivan las células que estudian en placas Petri para conocer cómo responden a las condiciones de estrés y daños provocados. Pero, con el apoyo financiero de la NASA, un grupo investigador del Departamento de Ciencias Biológicas en la Universidad Estatal de Louisiana (LSU) a intentado algo diferente: estudiar la supervivencia de microorganismos en hielo para conocer como podrían sobrevivir en permafrost antiguos o, quizá, incluso enterrados en hielos marcianos.
Brent Christner, profesor asociado de ciencias biológicas y sus colegas en LSU, incluyendo los investigadores de postdoctorado Markus Dieser y Mary Lou Applewhite Professor John Battista, han logrado interesantes resultados en el campo de la reparación de ADN en microorganismos atrapados en hielo, y el trabajo resultante ha sido aceptado para su publicación en la revista Applied and Environmental Microbiology. Para comprender como estos microorganismos podrían sobrevivir en esas condiciones de congelación, Christner y sus colaboradores se enfocaron en el análisis de ADN, la molécula hereditaria que codifica las instrucciones genéticas utilizadas en el desarrollo y funcionalidad de todos los organismos.
“Los microbios están constituidos por macromoléculas que, incluso congeladas, son susceptible de degradación, nos cuenta Christner. “Sabemos de una variedad de reacciones espontáneas que resultan en una degradación del ADN”
La peor forma de degradación es la ruptura de la doble cadena, en la que el ADN de los microorganismos es separado en dos fragmentos que necesitan ser recompuestos para hacer funcional el cromosoma.
“Este tipo de daño es inevitable si las células se encuentran en el permafrost durante miles de años y no pueden efectuar sus reparaciones”, dice Christner. “Imaginad que un microorganismo está en el hielo por largos periodos de tiempo y su ADN se divide en fragmentos progresivamente. Habrá un punto en el que su ADN estará tan dañado que no se comportará más como una molécula de información. Lo que queda es un residuo molecular.
Esta situación podría ser complicada para la longevidad de los microbios en el hielo. Pero contrariamente a este hecho, se conocen investigaciones donde se han podido revivir bacterias enterradas en hielo y permafrost durante miles o millones de años. De hecho, Christner logró revivir diferentes tipos de bacterias procedentes del fondo de las capas heladas de Guliya, en la meseta tibetana Qinghan, en el occidente de China. Hielos que tienen edades mayores a los 750.000 años, antes de la época de los humanos.
Glaciar polar. Crédito: Brent Christner
Pero ¿cómo es posible para estos microorganismos sobrevivir largos periodos de tiempo congelados? Generalmente se ha considerado que la supervivencia estaba basada en estados de hibernación o de metabolismo durmiente. Pero no se ha tenido en cuenta los niveles de radiación ionizante que pueden dañar el ADN, tanto si se encuentran en el fondo de los glaciares como si no.
“Para poder sobrevivir periodos de tiempo tan largos, se ha propuesto en algunos estudios mecanismos de hibernación o de metabolismo ralentizado, pero aún así, sin un mecanismo activo de reparación de ADN se acumularían los daños hasta que la célula muriese”, nos cuenta Dieser.
Por ello, los recientes resultados de Christner y sus colaboradores apuntan hacia otra explicación: debe existir algún mecanismo que permita reparar los fragmentos de ADN dañados, incluso en condiciones de congelación. En sus experimentos de laboratorio prepararon suspensiones congeladas de bacterias nativas del permafrost siberiano y las expusieron a dosis de radiaciones ionizantes equivalentes a las que experimentarían durante 225.000 años enterradas en el hielo. Estas muestras fueron después incubadas durante dos años a -15º C, chequeando periódicamente la integridad del ADN celular.
Como era de esperar, las radiaciones ionizantes dañaron los cromosomas microbianos circulares, transformándolos en grupos de pequeños fragmentos. Lo que sorprendió a los investigadores fue que, durante los dos años de incubación en condiciones de congelación, los fragmentos de ADN comenzaron a recomponerse entre ellos en el orden apropiado.
“Esto no puede ser un proceso aleatorio y lo que implica es que las células están reparando su ADN. Esto es importante porque no solemos imaginar que en estas condiciones puedan producirse procesos biológicos complejos”
Christner nos comenta también que estos descubrimientos pueden hacer razonable el especular que, si la vida alguna vez se desarrolló en Marte y todavía quedan microorganismos congelados bajo la superficie, podrían seguir siendo viables si se producen las condiciones adecuadas.
“Simplemente nos permite buscar mejor las posibles condiciones de habitabilidad en Marte. Es relevante en sentido astrobiológico porque si este mecanismo de reparación de ADN opera en la criosfera terrestre, otros microorganismos extraterrestres podrían utilizar el mismo sistema para persistir en otros mundos congelados del sistema solar. Estamos muy impresionados con estos resultados”
Para más información sobre las investigaciones de Brent Christner, visitad http://brent.xner.net/.
DNA repair at -15oC
http://aem.asm.org/content/early/2013/09/23/AEM.02845-13.full.pdf+html, AEM.02845-13.
Para más información o si quieres darnos tu opinión, pincha aquí.
http://www.astrobio.net/pressrelease/5744/how-microbes-survive-freezing
