Raros y ultra-pequeños microbios se mueven en el drenaje ácido de una mina

Los microbios tienen el genoma más pequeño que se conoce, además de interactuar con otros inusuales Archaea

Una célula ARMAN (centro, de color naranja) es penetrada por una protuberancia similar a la aguja de la Thermoplasma (abajo izquierda), un Archaea que vive en las mismas piscinas ácidas que las ARMAN

En las profundidades de una antigua mina de cobre en el norte de California habitan unas formas de vida que pueden ser las más pequeñas, reducidas al mínimo, que se hayan descubierto.

Los microbios —miembros del dominio de las criaturas unicelulares llamadas Archaea— son más pequeños que otros microorganismos conocidos, compitiendo en tamaño con un microbio que sólo puede sobrevivir como un parásito adherido al exterior de otras células. Sus genomas, reconstruidos por un grupo de la Universidad de California, Berkeley, están entre los más pequeños que se conocen hasta ahora.

Los investigadores también descubrieron otro microbio que vive en las minas, que en ocasiones produce extrañas protuberancias, distintas de cualquier estructura que se haya visto antes en Archaea, y las utiliza para penetrar en los microbios ultra-pequeños.

«Otras células en la mina tienen lo que parece una aguja, que a veces se inserta derecho en las células», dijo Brett J. Baker, investigador de la UC Berkeley del Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias y autor principal de un nuevo documento que describe los hallazgos. «Es realmente notable y sugiere una interacción que nunca se ha descrito antes en la naturaleza.»

Estas extensiones celulares sólo están presentes cuando se ve esta interacción entre los microbios, señaló el co-autor Luis R. Comolli, un microscopista del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).

Baker, Comolli y el equipo liderado por Jillian Banfield, profesor de Ciencias la Tierra y Planetarias, y de Ciencia, Política y Gestión del Medio Ambiente en la UC de Berkeley, y además personal científico en LBNL, publicaron sus resultados la semana pasada en la edición en línea de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Bajo un microscopio de luz, los microbios ultra-pequeños parecen motas de polvo. Pero Comolli utiliza un novísmo microscopio de criomicroscopía electrónica, o cryoEM, para obtener alta resolución, imágenes en 3D, e incluso medir el volumen interno de un microbio individual, que está entre una décima y una centésima parte del volumen de una bacteria E. coli. Cada uno de los microbios, llamados ARMAN por Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (nanoorganismos acidófilos arqueas de la mina Richmond), es elipsoidal y tiene sólo 200 a 400 nanómetros de diámetro, un tercio del diámetro de la E. coli, en forma de varilla.

El equipo reconstruyó los genomas de los tres diferentes linajes de ARMAN y encontró que eran pequeños: sólo un 1 millón de pares de bases, en contraste con los cientos de miles de millones en los seres humanos. En el más pequeño de los tres, la longitud del gen medio es de 774 pares de bases, en contraste con la longitud promedio de un gen en los seres humanos, de entre 10.000 y 15.000 pares de bases. Las pares de bases, la unidad química más pequeña del gen, son los ácidos nucleicos, que vienen en cuatro formas. Los pares de bases se encadenan para producir ADN, y un gen es una secuencia de pares de bases que codifica una proteína única.

Los genomas son tan pequeñas que los investigadores sospecharon inicialmente que los microbios ARMAN eran parásitos de otros microbios, ya que los parásitos pueden darse el lujo de perder los genes que ya tiene su anfitrión. Pero de las 70 muestras individuales de las que se tonó imagen hasta ahora en 3D, el 90 por ciento parece ser de vida libre. Los que pertenecen al otro 10 por ciento son empalados en las misteriosas agujas espinosas de Thermoplasmatales, la otra archaea que vive junto a ARMAN en la mina. Los investigadores sospechan que estas penetrantes espinas pueden significar que los microbios viven de otros microbios por lo menos parte del tiempo, a diferencia de los organismos simbióticos o parásitos, que siempre se deben asociar con otros organismos para vivir.

«Los ARMAN se encuentran entre los más pequeños microbios conocidos que, si no son de vida libre, al menos no tienen la obligación de ser un parásito o simbionte de forma permanente», dijo Comolli.

Las células son casi tan grandes como el más grande de los virus, que sólo puede replicarse en los organismos vivos y no se considera que estén «vivos».

«El genoma es muy compacto», agregó Baker. «Un genoma microbiano 10 por ciento más grande tiene el mismo número de genes que ARMAN».

El organismo tiene un mucho más alto porcentaje de genes desconocidos —el 45 por ciento— que cualquier otro organismo secuenciado, dijo.

«ARMAN comparte una gran cantidad de genes con Euryarchaeota y Crenarchaeota, pero también tienen una gran cantidad de genes no vistos antes en estas ramas de Archaea«, dijo, sugiriendo que ARMAN pudo haber estado entre nosotros desde que estas dos ramas se dividieron hace miles de millones de años.

Las reconstrucciones tomográficas tridimensionales de cryoEM muestran la arquitectura única de ARMAN, dijo Comolli. Tiene muy pocos ribosomas, las máquinas que construyen proteínas por unidad de volumen; por ejemplo, en el mismo volumen, E coli tiene 100 veces más. Los ribosomas, además, se distribuyen cerca de la pared celular. Las células ARMAN también tienen un enigmático tubo interno. Al igual que otroa Archaea, sin embargo, no tienen núcleo ni otros orgánulos internos.

El grupo de Banfield describió por primera vez los microbios ARMAN hace cuatro años, después de identificar los organismos en las piscinas ácidas en la mina de Richmond, que es propiedad de Ted Arman, en Iron Mountain, California. El análisis continuo del equipo ha puesto de manifiesto la increíble organización dentro de la comunidad en la biopelícula de drenaje de la mina, que medra en soluciones que poseen la acidez del ácido de batería (ácido sulfúrico). Los nuevos datos ayudarán a los investigadores a explorar aún más la comunidad de organismos en la mina y determinar cómo son capaces los organismos de vivir en ambientes duros y convertir sulfuros de hierro en ácido sulfúrico.

«El tener estos microbios descritos a nivel genómico nos permite desarrollar métodos moleculares de identificación y combinar estos métodos con una vista 3D de los microbios para estudiar la distribución de estos organismos dentro de este pequeño sistema ecológico, esta pequeña sociedad, en la mina», dijo Comolli.

Fuente: Astrobiology. Aportado por Eduardo J. Carletti

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