Cómo sobreviven los microbios en condiciones de congelamiento

La mayoría de los investigadores de microbiología cultivan sus células en placas de Petri para estudiar cómo responden al estrés y a condiciones dañinas. Pero, con el respaldo de fondos de la NASA, los investigadores del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Louisiana probaron algo casi insólito: estudiar la supervivencia microbiana en el hielo para entender cómo pueden sobrevivir los microorganismos en el antiguo permafrost, o incluso dentro del hielo en Marte

Brent Christner, profesor asociado de ciencias biológicas, y sus colegas en la LSU, entre ellos el postdoctorado Markus Dieser y el profesor John Battista, han dado a conocer sus hallazgos sobre la reparación del ADN de los microbios atrapados en hielo, trabajo aceptado recientemente en la revista Applied and Environmental Microbiology.

Para entender cómo sobreviven los microbios en condiciones de congelación, Christner y colegas se centraron en el análisis del ADN, la molécula que codifica las instrucciones genéticas usadas para el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos.

«Los microbios están formados por macromoléculas que, aún congeladas, están sujetas a la descomposición», dijo Christner. «Conocemos una serie de reacciones espontáneas que producen daños en el ADN.»

El peor tipo de daño es conocido como ruptura de la doble cadena: el ADN del microbio se escinde en dos piezas separadas que deben estar juntas para que el cromosoma sea funcional.

«Este tipo de daño es inevitable si las células están congeladas en el permafrost durante miles de años y no pueden hacer reparaciones», dijo Christner. «Imaginemos que un microbio está en hielo durante largos períodos, y su ADN se va cortando progresivamente en trozos. Llegará un momento en que el ADN del microbio esté tan dañado que ya no sea una molécula viable para el almacenamiento de información. Lo que queda es un cadáver.»

La situación parece grave para la longevidad de los microbios en el hielo. Pero, curiosamente, los investigadores pudieron revivir microbios enterrados en el hielo y el permafrost desde hace cientos de miles hasta millones de años. De hecho, Christner ha logrado revivir varios tipos diferentes de bacterias de cerca de la base de la capa de hielo Guliya en la meseta tibetana de Qinghan, en China occidental, hielo que tiene una antigüedad de 750.000 años, mucho antes de la era de los humanos.

Pero, ¿cómo es posible que estos microbios, en contra de toda expectativa, sobrevivan tan largos períodos congelados? La supervivencia de los microorganismos en antiguo hielo glacial y permafrost se ha atribuido, típicamente, a su capacidad para permanecer en un estado latente, con un metabolismo inerte. Pero esta explicación no tiene en cuenta los niveles de radiación ionizante de fondo que causan daños al ADN de estos microbios, congelados o no en la parte inferior de un glaciar.

«Para sobrevivir tanto, diversos estudios apuntan a la latencia, o «metabolismo en cámara lenta», pero sea cual sea el estado fisiológico, sin una reparación activa del ADN un organismo acumulará daños en su ADN hasta un nivel que llevará a la muerte celular», dice Dieser.

Los resultados en el artículo reciente de Christner y sus colegas apuntan en otra explicación: los mecanismos de reparación del ADN pueden funcionar incluso en condiciones de congelación. En experimentos de laboratorio, ellos tomaron suspensiones congeladas de bacterias nativas del permafrost siberiano y las expusieron a una dosis de radiación ionizante capaz de dañar el ADN, equivalente a la que los microbios hubiesen recibido a lo largo de unos 225.000 años enterrados en el permafrost. Luego, los dejaron incubando a una baja temperatura (-15 ºC) por un período de dos años, comprobando periódicamente la integridad del ADN de los microbios.

Como se esperaba, la radiación ionizante dañó el cromosoma circular del microbio, transformándolo en un compuesto de partes 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», dijo Christner. «Esto nos dice que las células están reparando su ADN. Esto es importante debido a que pensamos que en esas condiciones los procesos biológicos complejos no siguen ocurriendo.»

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

«Esto sigue mejorando las condiciones de habitabilidad en Marte», dijo Christner. «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 este mecanismo de supervivencia para persistir en otros mundos helados en el Sistema Solar. Estamos muy entusiasmados con estos resultados.»

Publicación de referencia: 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

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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