Microbiología
Insólita reparación espontánea de ADN en bacterias a temperaturas bajo cero
En una investigación reciente se ha analizado la supervivencia de ciertos microbios en el hielo, y los asombrosos resultados revelan cómo microorganismos de esta clase, u otros comparables a estos, podrían perdurar hoy en día, aletargados pero no muertos, en el permafrost antiguo de las zonas más frías de la Tierra e incluso en el hielo marciano.
En esencia, el permafrost es hielo mezclado con partículas minerales, y forma una capa bajo la superficie, quedando lo bastante resguardada de los rayos del Sol como para que buena parte del material permanezca congelado de manera ininterrumpida durante miles o incluso millones de años. Solamente la capa superficial se deshiela durante el verano. La materia orgánica que está atrapada en el permafrost, queda libre cuando éste se derrite. Entre esa materia, puede haber microorganismos sumidos en un estado de letargo extremo, capaces de "resucitar" después de miles o incluso millones de años, mostrándose así vivos y activos por vez primera ante la especie humana que aún no existía como tal cuando ellos cayeron en el largo sueño del que ahora son despertados. Los casos cada vez más frecuentes, por efecto del calentamiento global, de masas de permafrost que se descongelan por vez primera en muchísimo tiempo, hace más común la situación descrita del "despertar" de microorganismos, en el laboratorio los más deteriorados por el paso del tiempo, y en el medio natural y sin ninguna ayuda los mejor conservados.
La investigación llevada a cabo por el equipo de Brent Christner, de la Universidad Estatal de Luisiana en Estados Unidos, y financiada por la NASA, ha sacado a la luz aspectos fascinantes de cómo logran los microbios reparar su ADN habiendo pasado milenios atrapados en el hielo.
Los microbios se componen de macromoléculas que, incluso si están congeladas a temperaturas como las que existen en las zonas frías de la Tierra, tienden a experimentar un proceso de descomposición. Hay diversas reacciones espontáneas que pueden provocar daños al ADN.
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La peor clase de daño es conocida como ruptura de la doble hebra. Tal como su nombre sugiere, el ADN de los microbios se parte en dos piezas separadas que es necesario volver a juntar para que el cromosoma recobre su funcionalidad.
Este tipo de daño es inevitable si las células están congeladas en el permafrost durante miles de años y son incapaces de efectuar reparaciones cuando se producen rupturas de ADN. Si un microbio está en el hielo durante largos períodos de tiempo y su ADN se va rompiendo en pedazos, finalmente llegará un punto en el que el ADN microbiano estará tan dañado que ya no servirá como molécula viable de almacenamiento de información; lo que queda es un cadáver.
La situación parece ser letal para la longevidad de los microbios en el hielo. Sin embargo, contra todo pronóstico, los científicos han sido capaces de revivir a microbios sepultados en hielo y permafrost durante cientos de miles, o incluso, millones de años.
¿Cómo es posible que los microbios sobrevivan durante esos largos períodos al congelamiento? La supervivencia de microorganismos en glaciares y en el permafrost se ha venido atribuyendo a su capacidad de perdurar en un estado latente, metabólicamente inerte. Sin embargo esta explicación resulta insuficiente si se tienen en cuenta los niveles ambientales normales de radiaciones ionizantes que, tras miles de años, causan daños severos al ADN de estos microbios.
Para poder sobrevivir tanto tiempo, no basta con que el microorganismo permanezca en estado de latencia o de "metabolismo lento". Al margen de su estado fisiológico, si su maquinaria natural de reparación del ADN permanece detenida o demasiado ralentizada, un organismo acumulará daños en el ADN que lo conducirán a la muerte celular, tal como argumenta Markus Dieser, del equipo de investigación.
Lo descubierto por los autores del nuevo estudio apuntan hacia otra explicación: Ciertos mecanismos que reparan el ADN pueden funcionar en condiciones de congelamiento. En los experimentos de laboratorio, Christner y sus colegas tomaron suspensiones congeladas de bacterias nativas del permafrost siberiano, de la especie Psychrobacter arcticus, y las expusieron a una dosis de radiación ionizante perjudicial para el ADN, equivalente a la dosis total acumulada que los microbios habrían recibido durante unos 225.000 años enterrados en el permafrost. Luego incubaron a los microbios a baja temperatura, 15 grados bajo cero (5 grados Fahrenheit), por un período de dos años, revisando periódicamente la integridad del ADN de los microbios.
Como esperaban, la radiación ionizante dañó el cromosoma circular microbiano, transformándolo en una mezcla de piezas más pequeñas. Lo que sorprendió a los investigadores fue que, en el transcurso de dos años en el congelador, los trozos de ADN comenzaron a juntarse en el orden correcto. Y ello, por supuesto, no respondía a ningún fenómeno guiado por el azar.
El descubrimiento demuestra que las células están reparando su ADN a temperaturas bajo cero. Tal como destaca Christner, esto es muy importante porque no se piensa usualmente en estas condiciones gélidas como un escenario en el que sea factible que operen procesos biológicos complejos.
Christner considera que estos resultados hacen razonable especular con que si alguna vez la vida evolucionó en Marte y los microbios siguen congelados en algún lugar de su subsuelo, todavía podrían ser capaces de "resucitar" si se dan las condiciones correctas. "Esto es relevante en un sentido exobiológico porque si estos mecanismos de reparación del ADN funcionan en la criosfera de la Tierra, los microbios extraterrestres podrían utilizar este mecanismo de supervivencia para persistir en otros mundos helados en el sistema solar", argumenta Christner.
Información adicional
En esencia, el permafrost es hielo mezclado con partículas minerales, y forma una capa bajo la superficie, quedando lo bastante resguardada de los rayos del Sol como para que buena parte del material permanezca congelado de manera ininterrumpida durante miles o incluso millones de años. Solamente la capa superficial se deshiela durante el verano. La materia orgánica que está atrapada en el permafrost, queda libre cuando éste se derrite. Entre esa materia, puede haber microorganismos sumidos en un estado de letargo extremo, capaces de "resucitar" después de miles o incluso millones de años, mostrándose así vivos y activos por vez primera ante la especie humana que aún no existía como tal cuando ellos cayeron en el largo sueño del que ahora son despertados. Los casos cada vez más frecuentes, por efecto del calentamiento global, de masas de permafrost que se descongelan por vez primera en muchísimo tiempo, hace más común la situación descrita del "despertar" de microorganismos, en el laboratorio los más deteriorados por el paso del tiempo, y en el medio natural y sin ninguna ayuda los mejor conservados.
La investigación llevada a cabo por el equipo de Brent Christner, de la Universidad Estatal de Luisiana en Estados Unidos, y financiada por la NASA, ha sacado a la luz aspectos fascinantes de cómo logran los microbios reparar su ADN habiendo pasado milenios atrapados en el hielo.
Los microbios se componen de macromoléculas que, incluso si están congeladas a temperaturas como las que existen en las zonas frías de la Tierra, tienden a experimentar un proceso de descomposición. Hay diversas reacciones espontáneas que pueden provocar daños al ADN.
La peor clase de daño es conocida como ruptura de la doble hebra. Tal como su nombre sugiere, el ADN de los microbios se parte en dos piezas separadas que es necesario volver a juntar para que el cromosoma recobre su funcionalidad.
Este tipo de daño es inevitable si las células están congeladas en el permafrost durante miles de años y son incapaces de efectuar reparaciones cuando se producen rupturas de ADN. Si un microbio está en el hielo durante largos períodos de tiempo y su ADN se va rompiendo en pedazos, finalmente llegará un punto en el que el ADN microbiano estará tan dañado que ya no servirá como molécula viable de almacenamiento de información; lo que queda es un cadáver.
La situación parece ser letal para la longevidad de los microbios en el hielo. Sin embargo, contra todo pronóstico, los científicos han sido capaces de revivir a microbios sepultados en hielo y permafrost durante cientos de miles, o incluso, millones de años.
¿Cómo es posible que los microbios sobrevivan durante esos largos períodos al congelamiento? La supervivencia de microorganismos en glaciares y en el permafrost se ha venido atribuyendo a su capacidad de perdurar en un estado latente, metabólicamente inerte. Sin embargo esta explicación resulta insuficiente si se tienen en cuenta los niveles ambientales normales de radiaciones ionizantes que, tras miles de años, causan daños severos al ADN de estos microbios.
Para poder sobrevivir tanto tiempo, no basta con que el microorganismo permanezca en estado de latencia o de "metabolismo lento". Al margen de su estado fisiológico, si su maquinaria natural de reparación del ADN permanece detenida o demasiado ralentizada, un organismo acumulará daños en el ADN que lo conducirán a la muerte celular, tal como argumenta Markus Dieser, del equipo de investigación.
Como esperaban, la radiación ionizante dañó el cromosoma circular microbiano, transformándolo en una mezcla de piezas más pequeñas. Lo que sorprendió a los investigadores fue que, en el transcurso de dos años en el congelador, los trozos de ADN comenzaron a juntarse en el orden correcto. Y ello, por supuesto, no respondía a ningún fenómeno guiado por el azar.
El descubrimiento demuestra que las células están reparando su ADN a temperaturas bajo cero. Tal como destaca Christner, esto es muy importante porque no se piensa usualmente en estas condiciones gélidas como un escenario en el que sea factible que operen procesos biológicos complejos.
Christner considera que estos resultados hacen razonable especular con que si alguna vez la vida evolucionó en Marte y los microbios siguen congelados en algún lugar de su subsuelo, todavía podrían ser capaces de "resucitar" si se dan las condiciones correctas. "Esto es relevante en un sentido exobiológico porque si estos mecanismos de reparación del ADN funcionan en la criosfera de la Tierra, los microbios extraterrestres podrían utilizar este mecanismo de supervivencia para persistir en otros mundos helados en el sistema solar", argumenta Christner.
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