Brave New Bacterial World
A pesar de 300 años de mirar a través de microscopios, hacer crecer bacterias en cultivo y examinar el suelo, el aire y el agua en busca de nuevas especies microbianas, los científicos claramente han pasado por alto gran parte de la vida en la tierra. Gracias a las nuevas y poderosas herramientas de investigación, los bacteriólogos están descubriendo que el mundo viviente de repente es mucho más grande y más complejo de lo que imaginaban incluso hace una década. El hallazgo es similar en magnitud, tal vez, al primer vistazo de microbios del microscopista holandés Antonie van Leeuwenhoek (él los llamó animálculos) que retozaban bajo sus toscos lentes de vidrio.
Debido a que las bacterias eran esencialmente indetectables a menos que pudieran cultivarse, la mayoría de las especies, que existen en ambientes difíciles de replicar, han estado, en cierto sentido, fuera de los límites. Imagínese si todo nuestro conocimiento de la biología se basara en visitas a zoológicos, dice Norman R. Pace, biólogo de la Universidad de California, Berkeley. Eso es análogo a nuestra situación con respecto a la comprensión del mundo microbiano.
Esta historia fue parte de nuestro número de abril de 1997
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Melvin Simon, presidente del departamento de biología del Instituto de Tecnología de California, estima que alrededor del 99 por ciento de las bacterias aún no se pueden cultivar en placas de cultivo de laboratorio. Eso se debe a que los científicos a menudo no pueden determinar la combinación precisa de condiciones, incluido el oxígeno, la temperatura y la luz, que necesitan los microbios y porque es difícil simular todos estos requisitos a la vez para hacerlos felices. Se han descrito formalmente unas 6.000 especies de microorganismos. Y hasta ahora, dice, el resto ha permanecido invisible para nosotros.
La clave para vislumbrar por primera vez este nuevo mundo fue aprender a aislar, amplificar y estudiar el material genético de un organismo directamente del medio ambiente sin cultivar el organismo en sí. Mediante el uso de instrumentos moleculares que seleccionan de forma selectiva los genes altamente específicos de una bacteria de un caldo de ADN, los científicos ahora pueden identificar rápidamente nuevos organismos, explorar sus propiedades y determinar su parentesco con organismos que ya se conocen.
Entre las nuevas herramientas moleculares destaca la técnica de amplificación de genes llamada PCR, la reacción en cadena de la polimerasa. La PCR permite aislar y copiar infinitamente genes específicos, de modo que haya suficientes elementos disponibles para un estudio detallado, como la secuencia de ADN de un gen. Y es en la secuencia (en realidad, las diferencias en las secuencias de un organismo a otro) donde se pueden ver las identidades de los microbios.
Junto con la PCR, las nuevas herramientas incluyen tecnología de secuenciación rápida, procesamiento rápido por computadora de datos de secuencia de genes y tecnología de electroforesis cada vez más precisa, que separa eléctricamente los genes en un gel o líquido según el tamaño.
Uno de los principales objetivos analíticos de dicho trabajo es el ARN ubicuo (ácido ribonucleico) en los ribosomas, los pequeños cuerpos redondeados que las células vivas utilizan como dispositivos de construcción de proteínas. Todas las células tienen ribosomas y, debido a que el ARN que contienen difiere ligeramente de una especie a otra, sirve como un marcador confiable, una especie de etiqueta de perro molecular, que se puede usar para identificar, clasificar y analizar cada nuevo microbio.
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El hallazgo sorprendente es que en todos los lugares donde los investigadores aplican estas nuevas técnicas, se encuentran con bacterias nuevas y extrañas, en abundancias y diversidades que nadie realmente anticipó. Por ejemplo, como Paul Dunlap, científico asociado de la Institución Oceanográfica Woods Hole en Massachusetts, explica en la publicación de Woods Hole Oceanus, la vida microbiana del mar es tan increíblemente abundante que, en algunos casos, los organismos se encuentran en cantidades extraordinariamente altas, hasta alrededor de 100. mil millones por mililitro de agua de mar. De hecho, los organismos de menos de 2 micrones de diámetro que viven en el mar son tan abundantes que representan el 95 por ciento de la masa de todas las formas de vida en los océanos del mundo.
Los suelos sedimentarios, incluso el lodo antiguo depositado en el fondo del mar profundo, también están muy vivos con microorganismos. Perforaciones recientes en el suelo del Mar de Japón, por ejemplo, arrojaron muestras de capas de sedimento enterradas a 500 metros de profundidad que contienen millones de organismos en cada gramo de suelo.
Nuevos reinos
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Los hallazgos sugieren que incluso un pequeño sorbo de agua, o una pequeña muestra de suelo, transporta suficientes bacterias, la mayoría de ellas desconocidas anteriormente, para mantener ocupados a los equipos de investigadores durante años. Hay nuevos genes, nuevas enzimas y nuevas funciones de las que no sabemos nada, señala Simon, y los datos se están acumulando demasiado rápido para analizarlos en detalle. Ellos (los microbios) incluso tienen algunos tipos diferentes de membranas celulares, lo que sugiere que hay nuevos reinos de la biología para explorar.
Dado que cada organismo tiene sus propios genes, bioquímica, estructura y comportamiento característicos, el potencial industrial es enorme. Cada especie alberga entre 1.000 y 5.000 genes y, en su mayor parte, aún se desconocen sus propiedades bioquímicas. Por tanto, es probable que se descubran nuevas enzimas, alimentos, fármacos, productos químicos, materiales y procesos. Las bacterias que pueden vivir en el ambiente hostil de las aguas termales, por ejemplo, han producido enzimas especiales que funcionan maravillosamente a altas temperaturas, lo que podría ser de utilidad en el procesamiento químico. Además, dice Pace, algunos microorganismos producen sustancias que se adhieren a las superficies en agua que está casi hirviendo, lo que podría ser valioso en ciertas operaciones de fabricación.
En términos evolutivos, señala Simon, no debería sorprendernos que existan tantos tipos diferentes de bacterias, incluso en lugares donde alguna vez parecieron poco probables. Después de todo, durante 3 mil millones de años el mundo estuvo poblado por bacterias y probablemente muy poco más. Así que estos organismos unicelulares han tenido mucho más tiempo para evolucionar que la mayoría de las demás criaturas de la tierra.
