¿Cómo los microbios pueden sobrevivir a la congelación?

La mayoría de investigadores microbianos hacen crecer sus células en placas de Petri para estudiar cómo responden al estrés y las condiciones perjudiciales. 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 para entender cómo los microorganismos pueden sobrevivir en el antiguo permafrost , o incluso enterrado en el hielo en Marte .

Brent Christner, profesor asociado de ciencias biológicas, y sus colegas de LSU como investigador postdoctoral Markus Dieser y Mary Lou Applewhite Profesor Juan Bautista, obtuvieron resultados recientemente en la reparación del ADN de los microbios atrapados en hielo reconocido en la revista Applied and Environmental Microbiology. Para comprender cómo los microbios sobreviven en condiciones de congelación, Christner y sus colegas se centraron en el análisis del ADN, la molécula hereditaria que codifica las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos.

'Los microbios están constituidos por macromoléculas que, incluso si se congelan, están sujetos a la descomposición', dijo Christner. 'Sabemos de una serie de reacciones espontáneas que resultan en daños al ADN. '

El peor tipo de daño es el que se conoce como una rotura de doble cadena, donde el ADN del microbio se escinde en dos piezas separadas que se deben poner de nuevo juntas para hacer el cromosoma funcional.

'Este tipo de daño es inevitable si existen células congeladas en el permafrost durante miles de años y no pueden hacerse las reparaciones', dijo Christner. 'Imagine que un microbio está en hielo durante largos períodos de tiempo y su ADN está progresivamente cortándose en trozos. Habrá un momento en el que el ADN del microbio estará tan dañado que ya no es una molécula de almacenamiento de información viable. Lo que queda es un cadáver . '

La situación parece grave para la longevidad de los microbios en el hielo. Pero, curiosamente, los investigadores han sido capaces de revivir a los microbios enterrados en el hielo y el permafrost durante cientos de miles a millones de años. De hecho, Christner logró revivir varios tipos diferentes de bacterias en la parte inferior de la capa de hielo en la meseta Guliya Qinghan-tibetana en el oeste de China - hielo que es de hace 750.000 años, desde mucho antes de la edad de los seres humanos.

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

'Para sobrevivir tanto tiempo, diferentes estudios ponen de ejemplo el punto hacia la inactividad, o 'metabolismo de lento movimiento', 'pero sin importar el estado fisiológico, sin la reparación del ADN se activa un organismo que se acumula al daño del ADN en una medida que dará lugar a la muerte celular', dijo Dieser.

Los resultados de Christner y del trabajo reciente de sus colegas apuntan a otra explicación: los mecanismos de reparación del ADN pueden funcionar incluso bajo condiciones de congelación. En experimentos de laboratorio, Christner y sus colegas tomaron suspensiones congeladas de bacterias nativas de permafrost siberiano y expuestos a una dosis para dañar el ADN con la radiación ionizante equivalente a lo que los microbios han experimentado durante ~ 225.000 años enterrados en el permafrost. Los investigadores después de dejar que los microbios se incubaran en temperaturas bajas (5 º F) por un período de dos años, comprobando periódicamente la integridad del ADN de los microbios.

Como era de esperar, la radiación ionizante daña el cromosoma microbiano circular, transformándolo en una suspensión de las 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 llegar de nuevo juntos en el orden correcto.

'Este no es un proceso aleatorio', dijo Christner. 'Esto nos dice que las células están reparando su ADN. Esto es importante debido a que por lo general no pensamos en ellas como las condiciones bajo las cuales los procesos biológicos complejos sucedan'.

Christner dijo que estos resultados hacen que sea razonable especular que si la vida nunca ha evolucionado en Marte y los microbios siguen congelados en el subsuelo en alguna parte, los microbios todavía podrían ser viables si se dan las condiciones adecuadas.

'Cada vez se ven mejores condiciones de habitabilidad en Marte ', dijo Christner. 'Esto es importante en un sentido astrobiológico porque si estos mecanismos de reparación del ADN actúan en la criosfera de la Tierra, los microbios extraterrestres podrían estar utilizando también este mecanismo de supervivencia para persistir en otros mundos helados del sistema solar. Estamos muy entusiasmados con estos resultados. '

Para obtener más información sobre la investigación de Brent Christner, visite http://brent.xner.net/ .

Para el trabajo de investigación completo sobre la reparación del ADN en-15oC, visite http://aem.asm. org/content/early/2013/09/23/AEM.02845-13.full.pdf + html, AEM.02845-13 .