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Dieta impactante: Los investigadores describen un microbio que «come» electricidad

Un montón de dietas han capturado la imaginación del público en los últimos años, pero los científicos de Harvard han identificado la que podría ser la más extraña de todas: luz solar y electricidad. Los investigadores han demostrado que una bacteria común, Rhodopseudomonas palustris, pueden utilizar conductividad natural para extraer electrones de los minerales ubicados remotamente en el suelo y en los sedimentos mientras permanece en la superficie, donde absorbe la luz del Sol que necesita para producir energía

Un equipo de investigadores, dirigidos por Peter Guirguis, profesor asociado de Ciencias Naturales, y Arpita Bose, investigadora post-doctoral en Biología Evolutiva, demostró esta forma de alimentación casi extraterrestre. El estudio se describe en un documento en Nature Communications.

«Cuando se piensa en la electricidad y organismos vivos, la mayoría de la gente piensa en el Frankenstein de Mary Shelley, pero hemos comprendido hace tiempo que todos los organismos utilizan electrones —que constituyen la electricidad— para sus funciones», dijo Guirguis. «El núcleo de este artículo es un proceso llamado transferencia extracelular de electrones (Extracellular Electron Transfer, EET), que consiste en electrones que se mueven dentro y fuera de las células. Lo que pudimos demostrar es que estos microbios toman electricidad, que entra en su metabolismo central, y hemos sido capaces de describir algunos de los sistemas que intervienen en ese proceso.»

En la naturaleza, los microbios dependen del hierro para que les proporcione los electrones que necesitan para impulsar la generación de energía, pero las pruebas en el laboratorio sugieren que el hierro en sí mismo no es crítico para este proceso. Con la colocación de un electrodo a las colonias de microbios en el laboratorio, los investigadores observaron que podían tomar electrones de una fuente no ferrosa, lo que sugiere que también podrían utilizar otros minerales ricos en electrones —como otros metales y compuestos de azufre— en el medio silvestre.

«Eso es un cambio de juego», dijo Guirguis. «Hemos entendido desde hace mucho tiempo que los mundos aeróbicos y anaeróbicos interactúan principalmente a través de la difusión de químicos hacia dentro y fuera de esos dominios. Por consiguiente, también creemos que este proceso de difusión regula las tasas de muchos ciclos biogeoquímicos. Pero esta investigación indica… que esta capacidad de hacer la transferencia extracelular de electrones es, en cierto sentido, un truco para saltarse la difusión. Eso podría cambiar la forma en que pensamos acerca de las interacciones entre los mundos aeróbicas y anaeróbicas, y podría cambiar la forma de calcular los ritmos de los ciclos biogeoquímicos.»

Utilizando herramientas genéticas, los investigadores también pudieron identificar un gen que es esencial para la capacidad de absorber electrones. Cuando el gen se desactiva, dijo Guirguis, la capacidad de los microbios para tomar electrones se redujo en alrededor de un tercio.

«Estamos muy interesados en entender exactamente cuál es el papel de este gen juega en la captación de electrones», dijo Guirguis. «Se encuentran genes relacionados en otros microbios en la naturaleza, y no estamos exactamente seguros de lo que están haciendo en esos microbios. Esto ofrece cierta evidencia tentadora que otros microbios llevan a cabo este proceso.»

Las bases del nuevo estudio se establecieron hace más de dos décadas, cuando los investigadores primero caracterizaron una bacteria que «come» el óxido mediante la extracción de los electrones de los átomos de oxígeno que forman las moléculas de óxido de hierro.

Los investigadores más tarde usaron las bacterias para construir una «pila de combustible» microbiana en el que las bacterias manejaban los electrones no para la oxidación, sino a un electrodo que podía recolectar esa corriente.

Si algunos microbios podían generar la energía que necesitaban con electrones movidos hacia fuera de sus células, Guirguis y colegas se preguntaban, ¿podrían otros hacer lo mismo mediante la toma de electrones?

«Esa pregunta nos llevó de vuelta al hierro», dijo. «Los microbios que son foco de este trabajo son una imagen espejo de los que se alimentan del óxido. En lugar de utilizar el óxido de hierro para respirar, en realidad producen óxido de hierro del hierro libre.»

Cómo llegan a este hierro libre, sin embargo, no es tarea fácil.

Los microbios se basan en la luz del Sol para ayudarse a generar energía, pero el hierro que necesitan se encuentra en los sedimentos bajo la superficie. Para llegar allí, y aún así permanecer en la superficie, dijo Guirguis, los microbios han desarrollado una estrategia inusual. Los microbios parecen tomar electrones a través de los minerales conductores naturales. Además, como los microbios retiran electrones del hierro, crean cristales de óxido de hierro que se precipitan en el suelo alrededor de ellos. Con el tiempo, los cristales pueden llegar a ser conductores y actuar como «circuitos», permitiendo que los microbios oxiden minerales que de otra manera no podrían alcanzar.

«Lo que resuelve la paradoja de este organismo dependiente de la luz solar», dijo Guirguis. «Estos microbios unicelulares que crecen en biopelículas se han desarrollado con una manera de llegar eléctricamente y retirar los electrones de los minerales en el suelo para poder permanecer en el sol.»

A pesar de que sigue siendo escéptico sobre la eficacia del uso de microbios capaces de realizar EET para generar energía por medio de pilas de combustible, Guirguis dijo que hay otras aplicaciones —como en la industria farmacéutica— en donde se podrían utilizar los microbios.

«Creo que la mayor oportunidad de aplicación aquí es utilizar microbios que son capaces de tomar electrones para producir algo de interés», dijo, «sabiendo que les puede entregar electrones a través de un electrodo para que produzcan algo.»

Referencia de publicación: A. Bose, EJ Gardel, C. Vidoudez, EA Parra, PR Guirguis: Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4391.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Reviven el virus más grande que conocemos de un permafrost de la Edad de Piedra

Se ha aislado un virus de tamaño sin precedentes del permafrost ruso de 30.000 años de edad… y se lo ha reactivado

Llamado Pithovirus por el griego pithos, que significa una gran jarra de barro como un ánfora, el virus infecta a las amebas, pero no parece hacer daño a las células humanas o de ratón.

Aun así, ahora que este virus se ha reactivado desde el permafrost, también podría patógenos potencialmente dañinos, posiblemente incluyendo virus humanos nunca se han encontrado antes, dicen los investigadores.

«Hay buenas razones para pensar que podría haber virus patógenos allí dentro, también», dice Chantal Abergel de la Universidad de Aix-Marseille en Marsella, Francia, y co-líder del equipo que descubrió el virus.

El riesgo de la minería

«Se cree que el treinta por ciento de las reservas de petróleo del mundo se oculta bajo el permafrost, junto con el oro y otros minerales esenciales, por lo que la exploración está destinada a aumentar», dice Jean-Michel Claverie, co-líder del equipo. «Así que tenemos que tener el cuidado de tomar precauciones cuando se haga la prospección… Si las personas se enferman con síntomas extraños, podría ser prudente ponerlas en cuarentena y limpiarlos de nuevas infecciones peligrosas antes de enviarlos de vuelta», dice.

El pithovirus en sí es muy diferente de cualquier virus conocido. Con 1,5 micrómetros de largo por 0,5 micrómetros de ancho, es alrededor de un 30 por ciento más grande que el que había sido el virus más grande conocido: el pandoravirus, también encontrado por el equipo de Claverie.

Sin embargo, a pesar de ser físicamente más grande, el pithovirus tiene sólo un quinto de los 2500 genes del pandoravirus. Los dos virus gigantes comparten sólo cinco genes.

Reviro el pithovirus no necesito de técnicas sofisticadas. Más bien, Claverie y Abergel «cebaron» la muestra de permafrost con las amebas. «Utilizamos las amebas para extraer el virus, ya que sabemos que estos virus gigantes tienden a infectar a las amebas», dice Claverie.

Invasión filmada

Los investigadores hicieron el seguimiento y filmaron todo el ciclo de vida del pithovirus. Una vez dentro de una ameba, migra a la pared de una cámara llamada una vacuola. Esto lo hace con la ayuda de una estructura inusual en un extremo que descubrió el equipo, que sirve como una especie de corcho.

«Su función es sellar y proteger la partícula en forma de ánfora, pero tan pronto como entra en una vacuola, se retira el corcho para iniciar la infección», dice Abergel. «Permite que la membrana interna del virus se fusione con la de la vacuola,» dice ella.

A continuación, el material del virus se derrama en la vacuola y la convierte en una fábrica para la producción de los componentes de partículas de virus hijo. Después de unas horas, éstas se reúnen y maduran hasta convertirse en miles de nuevos pithoviruses, que se reúnen en los bordes de la vacuola antes de estallar fuera de una ameba completamente demacrada y encontrar nuevas células huésped para infectar. «Literalmente chupa la vida fuera de la célula en 12 a 14 horas», dice Abergel.

A diferencia de la mayoría de los virus, incluyendo el pandoravirus, que secuestran genes en el núcleo de acogida para construir nuevas partículas del virus, el pithovirus utiliza sus propios genes, las proteínas y las enzimas para replicarse. En este sentido, se asemeja a los Mimivirus, los primeros virus gigantes descubiertos por el equipo de Claverie hace una década.

Búsqueda viral

El equipo ahora está a la caza de otros virus en la muestra de permafrost de la región de Kolyma en el norte de Siberia. Claverie recibió la muestra después de contactar con el equipo liderado por Elizaveta Rivkina del Instituto ruso de Físico-química y Ciencias de los Peligros Biológicos del Suelo en Pushchino, cerca de Moscú. Hace un año, Rivkina y sus colegas anunciaron que habían revivido una planta de la misma capa de permafrost que finalmente aportó el pithovirus.

Otros investigadores del permafrost dijeron que la posibilidad de que albergue virus revivificables es real, y se suma al temor de que los microbios que despiertan en el deshielo del permafrost puedan aumentar el calentamiento global mediante la digestión de materia orgánica y la liberación de gases de efecto invernadero, como el metano y el dióxido de carbono.

«Si además de esto ahora también estamos viendo la posible liberación de virus patógenos potencialmente viables que de otra manera no vivirían hoy, esto sin duda se sumará una nueva dimensión al problema de la descongelación», dice Torben Christensen de la Universidad de Lund en Suecia. «Puede significar que no sólo estamos confrontados con los impactos del calentamiento indirecto climático del deshielo del permafrost, sino también a problemas directamente relacionados con la salud humana.»

«Revivir con éxito cualquier tipo de virus antiguo es siempre de interés periodístico», dice Buford Price de la Universidad de California en Berkeley. «Mi grupo se encuentra bacterias presentes en todas las profundidades en el hielo en la Antártida y Groenlandia. El pithovirus es tan grande que podríamos verlo en los núcleos de hielo de más de 100.000 años de antigüedad en sus base», dice.

Pero Janet Jansson del Laboratorio Lawrence Berkeley, en California, que estudia la biodiversidad del permafrost, es más cautelosa acerca de la descripción del permafrost como reservorio de patógenos potenciales. «La mayoría de los microbios encontrados en el permafrost que hemos estudiado son similares al nivel de phylum de los microbios en la mayoría de los suelos y de algunos ambientes marinos, así que no creo que el permafrost en sí debería contener más patógenos que cualquier otro medio», dice.

Claverie dice que su equipo también tiene previsto cazar grandes virus en muestras de permafrost mucho más antiguas, de hace 3 millones de años, para ver si alguno de ellos puede ser revivido.

Referencia de publicación: PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1320670111.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Accidente de la evolución permite que los hongos prosperen en nuestros cuerpos

Los hongos criptococos han desarrollado mecanismos para eludir a sus depredadores protistas, dándoles una ventaja accidental sobre las similares células inmunes de los seres humanos, marsopas y otros mamíferos

Durante mucho tiempo han sido comunes los brotes repentinos de hongos entre las plantas, y más recientemente, en los animales. Un reciente brote entre los humanos en el noroeste del Pacífico plantea la preocupante posibilidad de que tampoco somos inmunes.

El brote está en curso, pero, a pesar de las apariencias, Cryptococcus gattii no existe para ser una peste para nosotros. El hongo prefiere vivir en el suelo y en los árboles, donde subsiste felizmente en la materia en descomposición. Entonces, ¿cómo puede un organismo que parece disfrutar de una vida plena y rica en las plantas y la suciedad haberse adaptado, posiblemente, para vivir dentro de los seres humanos? Parece que la respuesta es: puede ser un accidente de la evolución.

La vida en la naturaleza no es todo Sol y rosas podridas para C. gattii. «Los microorganismos se encuentran en una constante lucha por el territorio, las fuentes de alimentos, por su lugar en la comunidad microbiana», dice Karen Bartlett, de la Universidad de British Columbia, que es experta en el comportamiento de los suspensiones de partículas biológicas. Las levaduras tienen muchos depredadores, y entre ellos se encuentran las amibas como formidables enemigos. Estos protistas deslizan su camino a través del suelo y el agua del mundo, tragándose y digiriendo pequeñas presas. Para evitar la aniquilación amebiana, las especies de Cryptococcus han desarrollado mecanismos para eludir a sus posibles depredadores, como una cobertura seca y resistente a la digestión, pigmentos que los protegen de la radiación UV y la capacidad de sobrevivir al ser tragado por los depredadores.

Esos mismos mecanismos permite a la levadura evadir un tipo de célula humana inmune que se ve y actúa como una ameba (en otros animales se encuentran también células similares). Las llamamos macrófagos. Los macrófagos, que pueden compartir raíces evolutivas con las amebas de vida libre, hacen prácticamente el mismo trabajo en los seres humanos que las amebas hacer en el entorno: se arrastran por allí comiendo cosas. En nuestro caso, esas cosas son pedacitos de desperdicios y microbios, que ingieren y matan con sus enzimas digestivas, al igual que las amebas silvestres. «Si no se conoce la diferencia, uno pensaría que son amebas», dice Bartlett.

Y al parecer, tampoco lo saben los Cryptococcus. Los macrófagos recorren la superficie de nuestros pulmones, limpiando los muchos objetos extraños que llegan allí pero no pertenecen al sitio. En las personas y los animales vulnerables las especies de Cryptococcus son igual de hábiles en engañar a los macrófagos como lo son de sus atacantes en el suelo. Y utilizan los mismos métodos, al menos en el laboratorio.

C. gattii no sólo puede matar a los macrófagos, también pueden esconderse entre ellos. Si se ingiere, las células de hongos resisten la digestión mientras se esconden de los anticuerpos, células T, y otros componentes del sistema inmune, convirtiendo efectivamente a un macrófago en un caballo de Troya microbiano. Los macrófagos viajan extensivamente a través del cuerpo y pueden atravesar la barrera hematoencefálica. Si una célula de hongo encuentra su camino desde el pulmón al cerebro a través de un fago o por otras vías, «eso es una muy mala noticia», dice Bartlett, «porque una vez que entra en el sistema nervioso central, está en el cielo. Cuenta con todos los azúcares que quiere para ser capaz de proliferar rápidamente. «Cuando Cryptococcus mata, por lo general es debido a una infección cerebral, como ha sucedido.

Hay otras razones por las que Cryptococcus tiene un trabajo fácil cuando nos infecta. A diferencia de la gran mayoría de los hongos, puede sobrevivir a los 37 grados Celsius de la temperatura del cuerpo humano. Y tiene una capa de polisacáridos resistente que no sólo la ayuda a prevenir que se seque en el medio ambiente, sino que también ayuda a protegerla de los macrófagos. Por último, su exterior contiene melanina, el mismo pigmento que colorea la piel humana, que lo protege de la radiación UV así como inhibe la acción digestiva de los macrófagos. «Todas estas cosas son los mecanismos de protección que le ha permitido establecerse en el medio ambiente», dice Bartlett, «y desafortunadamente, estos mismos mecanismos de protección lo convierten en un patógeno para nosotros.»

Sorprendentemente, este no es un fenómeno aislado. La Legionella pneumophila, la causa bacteriana de la enfermedad del legionario, vive simbióticamente dentro amebas acuáticas silvestres y de manera similar infecta a los macrófagos humanos por error cuando las víctimas inhalan. Arturo Casadevall, presidente del Departamento de Microbiología e Inmunología y director del Centro de Ciencias de Inmunología del Colegio de Medicina Albert Einstein, quien ha estado estudiando los Cryptococcus durante más de 20 años, ha comparado el fenómeno con un juego de cartas, donde los microbios del suelo están jugando para la supervivencia, pero por casualidad, un par de manos confieren «la virulencia accidental» en otros anfitriones.




«La virulencia no es su negocio», dice Casadevall. «Su negocio es la supervivencia. Pero las mismas presiones que están permitiendo que sobrevivan resultan en rasgos que les da la capacidad de sobrevivir en los mamíferos.»

Fuente: Scientific American. Aportado por Eduardo J. Carletti

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