Imprimir Republicar

BIODIVERSIDAD

Alianzas con los microbios

La diversidad microbiana facilita la resolución de problemas ambientales y la búsqueda de medicamentos

Bacterias del género Pseudomonas: algunas especies causan enfermedades, otras colaboran para el saneamiento ambiental

Science PhotoBacterias del género Pseudomonas: algunas especies causan enfermedades, otras colaboran para el saneamiento ambientalScience Photo

Un equipo del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) de la Universidad de São Paulo (USP) aisló, en muestras de tierra negra de la Amazonia, tres linajes de bacterias ‒pertenecientes a los géneros Burkholderia, Pseudomonas y Arthrobacter‒ que, en pruebas de laboratorio, se mostraron capaces de descomponer hidrocarburos aromáticos tales como el gasoil, abriendo una perspectiva para su utilización en el saneamiento ambiental o industrial. Cuando concluía el mes de mayo, Fernanda Mancini Nakamura identificó a las bacterias que viven en las cavidades del carbón (bloques de carbono) de las muestras de tierra negra extraídas a una profundidad de 30 centímetros en la localidad de Iranduba, cercana a Manaos.

Mancini ya había identificado siete especies de bacterias capaces de vivir dentro de los bloques de carbón, entre ellas, dos que ella sospechaba que serían capaces de descomponer celulosa, ya que poseían genes propios para ese cometido. Este descubrimiento indica la posibilidad de su uso a nivel industrial ‒la ruptura de la celulosa todavía constituye un desafío en la producción de alcohol combustible a partir de la caña de azúcar‒, si los test por realizarse confirman esa posibilidad. Curiosamente, ella notó que las bacterias que viven dentro de las partículas de carbón pertenecen a especies diferentes de las que habitan en otras partes de la tierra negra. Al mismo tiempo, los microorganismos de las manchas en la tierra negra ‒resultantes de la acumulación de alimentos y otros materiales de origen orgánico residuales de poblaciones aborígenes precolombinas‒ son diferentes a las del suelo amarillo, de tipo Argisol o Latosol, más frecuentes en la Amazonia.

El virus gigante Samba: extraído de las aguas del río Negro

Laboratorio de Virus de la UFMG El virus gigante Samba: extraído de las aguas del río NegroLaboratorio de Virus de la UFMG

La diversidad microbiana se ha revelado como un campo fértil en hallazgos de nuevas especies o mecanismos de adaptación a ambientes inhóspitos. Los microorganismos, fundamentalmente las bacterias, se han mostrado capaces de vivir en ambientes extremos, tales como las aguas hipersalinas del Mar Muerto, las tierras superáridas del desierto de Atacama, la Antártida o los corales del fondo del mar. El reconocimiento de nuevos ambientes y nuevas especies está propiciando el uso de microorganismos para la resolución de problemas ambientales o la identificación de nuevos medicamentos.

A efectos de dimensionar la diversidad de microorganismos del país, investigadores de casi todos los estados crearon el Proyecto Microbioma Brasileño (BMP, por sus siglas en inglés), que fue presentado en febrero en la revista Microbial Ecology. La meta planteada es ambiciosa, porque la diversidad de bacterias, virus y hongos sería incluso mayor que la denominada micro o mesofauna (animales mayores). Brasil detenta un 20% de la diversidad biológica conocida en el planeta, tomando como referencia a los vertebrados e invertebrados, fundamentalmente. Los primeros cálculos de la diversidad microbiana sugieren que tan sólo un gramo de tierra podría contener un millón de especies de bacterias, y las capas superficiales del suelo albergan especies de microorganismos distintas a las que habitan en las capas más profundas. Un ejemplo concreto: en un trabajo divulgado el mes pasado, científicos de la Universidad de Nueva York informaron el hallazgo de ADN de 3 mil tipos de bacterias en los billetes de un dólar.

Hallazgos en la tierra negra: Citricoccus, uno de los grupos de bacterias aptas para degradar hidrocarburos tales como el gasoil

Eduardo CesarHallazgos en la tierra negra: Citricoccus, uno de los grupos de bacterias aptas para degradar hidrocarburos tales como el gasoilEduardo Cesar

Una de las investigadoras principales del BMP, Siu Mui Tsai, directora e investigadora del Cena-USP (y coordinadora del laboratorio en el que trabaja Mancini), recomienda tener precaución con las extrapolaciones sobre la diversidad microbiana, y advierte sobre la importancia de los trabajos de campo en todas las regiones del país. “La diversidad microbiana depende de la interacción de los microorganismos con las plantas y con el ambiente” dice. Uno de los estudios que lleva adelante su grupo en el Cena, realizado en una finca en Rondônia, reveló que la diversidad ‒medida según la riqueza y abundancia de especies‒ puede variar en un mismo ecosistema, en este caso, una zona de selva amazónica, mientras que se mostraba homogénea en un área de pastoreo, evaluada también mediante varios sitios de recolección.

La diversidad microbiana es poco conocida y se está reduciendo intensamente, como consecuencia de la tala, las quemas y la reconversión de bosques nativos en campos de pastoreo y monocultivos tales como el de soja. “La diversidad microbiana se va recobrando en las áreas agrícolas, pero puede tardar 25 años en el caso de las pasturas”, comenta Tsai. El aumento de la temperatura global podría agravar ese contexto en algunos ambientes. Experimentos realizados en la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) indicaron que el incremento de dos a cuatro grados Celsius reduce proporcionalmente la diversidad microbiana en los arrecifes de coral, que ocupan menos del 1% del fondo de los mares, pero albergan un 25% de la diversidad de los microorganismos marinos.

La región norte, una de las más castigadas por la pérdida de ambientes naturales, se ha revelado pródiga en gratas sorpresas para los microbiólogos. En una muestra de agua extraída en 2011 del río Negro, en una zona cercana a Manaos, el equipo de Jônatas Abrahâo, de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), aisló un virus gigante que recibió el nombre de Samba. El 29 de abril, en una de las presentaciones de un congreso sobre microorganismos organizado por el programa Biota-FAPESP, Abrahâo presentó al Samba como el primer virus gigante detectado en Brasil. Descrito en mayo en un artículo en la revista Virology Journal, el Samba mide 600 nanómetros ‒los mayores virus gigantes, que pueden medir un micrón, pueden ser cinco veces más grandes que el virus de la gripe y de mayor tamaño que algunas bacterias‒ y posee 938 genes, de los cuales nueve son desconocidos. Existen variedades mayores, tales como el Pandora dulcis, presentado en 2013, con un genoma dos veces mayor que el de los virus comunes, 1.500 genes y casi un micrón de tamaño.

“Hemos aislado decenas de virus gigantes”, dice Abrahâo. En la laguna de Pampulha, su equipo encontró una variedad que fue denominada Niemeyer, y en Serra do Cipó, en Minas Gerais, otra bautizada Cipó. Otro virus gigante que descubrió Abrahâo en una laguna de la ciudad de Lagoa Santa, también en Minas Gerais, a la que le dio el nombre de Kroon ‒en homenaje a su ex supervisora Ema Kroon, “la mejor viróloga de Brasil”, justifica‒, presenta una capa externa cuádruple, que le confiere una mayor resistencia a la radiación ultravioleta y a la temperatura. El trabajo avanza rápido ahora, luego de meses de frustraciones, porque no lograban cultivar los virus, es decir, reproducirlos para facilitar su identificación, hasta que hallaron un medio de cultivo favorable, con 40 gramos de arroz por cada litro de agua, mantenido en un recinto oscuro.

Del laboratorio al campo: bacterias seleccionadas en el laboratorio de la UFRJ…

UFRJDel laboratorio al campo: bacterias seleccionadas en el laboratorio de la UFRJ…UFRJ

Ahora también saben dónde buscar. “Donde hay amebas, probablemente hay virus gigantes”, dijo Abrahâo. Las amebas, un tipo de protozoario, podrían funcionar como búnker, protegiendo a los virus de la radiación ultravioleta, del calor y de sustancias químicas mortales, según un artículo de 2013. Durante este año, el grupo de Minas Gerais identificó virus gigantes en monos y ganado de la Amazonia y, en estudios paralelos, llegaron a la conclusión que los virus enormes podrían incorporarse a la microbiota del organismo humano activando la producción de moléculas de defensa, tales como los interferones, que ayudan a combatir a los organismos que provocan enfermedades. Por lo pronto, hay un tipo de virus gigante, el Acanthamoeba polyphaga mimivirus, que podría causar neumonía en los seres humanos.

Manglares
Desde el final del siglo XIX, con Robert Koch, Louis Pasteur y otros que identificaron la causa de enfermedades devastadoras, tales como la tuberculosis, por ejemplo, los microorganismos fueron asociados a enfermedades. Sin embargo, “tan sólo una pequeña parte de ellos provoca enfermedades, y generalmente en circunstancias de desequilibrio del organismo”, dice Alexandre Soares Rosado, director e investigador del Instituto de Microbiología de la UFRJ. “La mayoría de las veces pueden resultar benéficos para la salud humana y para el ecosistema”. Las colonias de bacterias del intestino humano fabrican vitaminas importantes para el funcionamiento del organismo y estimulan la producción de moléculas de comunicación del sistema inmunitario conocidas con el nombre de citosinas. En los pulmones, de acuerdo con un estudio en ratones publicado en la revista Nature Medicine en su edición del mes de mayo, los microorganismos propician la producción de células de defensa y protección contra el asma en adultos.

… son encapsuladas...

UFRJ… son encapsuladas…UFRJ

Evidentemente, ciertos microorganismos siguen causando preocupación. Un mapeo de la Organización Mundial de la Salud en 114 países indicó que la resistencia de bacterias a los antibióticos constituye actualmente un fenómeno global. Según el informe, varias especies, incluyendo a la Escherichia coli, que provoca diarreas, al Streptococcus pneumoniae y a la Neisseria gonorrhoeae, han adquirido resistencia a los antibióticos. “Necesitamos desarrollar nuevas armas para combatir a las bacterias, que se están tornando resistentes a todos los antibióticos”, dijo el microbiólogo Karl Klose, de la Universidad de Texas en San Antonio, Estados Unidos, en el marco de una conferencia de TED realizada en abril. “Debemos evitar el retorno a la era preantibióticos”.

... y se utilizan como fertilizante para plantas en viveros...

UFRJ… se utilizan como fertilizante para plantas en viveros…UFRJ

Rosado está estudiando la faceta benéfica de las bacterias. En colaboración con el equipo del Centro de Investigación (Cenpes) de Petrobras, el grupo de la UFRJ realizó una selección de más de 10 especies de bacterias ‒de los géneros Pseudomonas, Actinobacter y otras‒ que sirvieron para restaurar la vegetación en manglares. Ese combinado de bacterias, inicialmente en forma líquida y luego en cápsulas de alginato, se probó durante un año y medio en laboratorio. Como presentó los resultados esperados, se lo utilizó para descontaminar un área de cuatro kilómetros cuadrados de manglar en Baia de Todoslos Santos, en la costa del estado de Bahía, donde se habían registrado sucesivos derrames de petróleo.

La primera sorpresa fue la eficacia de la estrategia: “Las cápsulas se hinchan y van liberando las bacterias lentamente, durante un lapso de seis meses, brindando protección contra las mareas”, relató Rosado. Los investigadores notaron que las píldoras de bacterias, probablemente debido a que aumentan la fijación de nitrógeno, un nutriente esencial para las plantas, incrementaron en un 35% la supervivencia de las plántulas utilizadas para recomponer el ecosistema, en comparación con las áreas sin tratamiento. “Las bacterias protegen a las plantas y, en lugar de demorar 30 años, logramos restaurar la vegetación en menos de tres años, utilizando esa técnica”, refiere. “Los microorganismos regulan los ciclos biológicos y geológicos, como productores y degradadores de material orgánico”.

... y para colaborar en la recuperación de manglares

UFRJ… y para colaborar en la recuperación de manglaresUFRJ

El equipo de la UFRJ distribuyó 300 tubos con aceite en el manglar de Marambaia, en la costa de Río de Janeiro ‒cada tubo cuenta con tres barreras de contención para evitar escapes‒, para evaluar la actividad de los microorganismos en la degradación de los contaminantes y testear la factibilidad de técnicas con menor costo que las empleadas en Bahía. Al mismo tiempo, el equipo de Rosado trabaja en la descripción de cinco probables nuevas especies de bacterias, identificadas entre 350 que fueron aisladas en los últimos años en los manglares y en el litoral e interior de la Antártida, donde también se llevan a cabo estudios.

Medicamentos
Desde década de 1940, con la penicilina, que se produce a partir de los hongos del género Penicillium, los microorganismos han resultado útiles para la elaboración de medicamentos. La estreptomicina, aislada del cultivo de una bacteria del suelo, denominada Streptomyces griseus, fue una de las estrellas de un congreso científico sobre nuevos antibióticos realizado en la Academia de Ciencias de Nueva York en enero de 1946. La estreptomicina era una posibilidad atractiva para el tratamiento de la tuberculosis, sobre la cual la penicilina no surtía efecto, si bien presentaba una alta toxicidad. Otra especie, Streptomyces aerofaciens, contribuyó con la aeromicina, de menor toxicidad, y que un grupo de médicos de Nueva York probó en 35 pacientes con linfogranuloma venéreo, una enfermedad de transmisión sexual de origen bacteriano, con excelentes resultados.

Alan Bull y su equipo de la Universidad de Kent, en Inglaterra, también consideraron excelentes los resultados de las pruebas in vitro del efecto antibiótico y antitumoral de ciertas sustancias producidas por bacterias del género Streptomyces aisladas en regiones hiperáridas del desierto de Atacama, en Chile. El 28 de abril, en la FAPESP, Bull festejó la posibilidad de poder trabajar actualmente de manera mancomunada en taxonomía (clasificación), ecología y genoma de los microorganismos y, simultáneamente, en la identificación de las sustancias con efectos antibióticos, cuyas estructuras químicas podrían constituir la base de nuevos medicamentos. Bull hizo referencia a varios ejemplos de fármacos naturales, como en el caso de una sustancia producida por una bacteria descubierta en las profundidades de un fiordo de Noruega que reveló su actividad in vitro contra diversos tipos de tumores, y remarcó que también es importante evaluar su eventual efecto tóxico sobre las células sanas de los organismos.

“Los descubrimientos de nuevas sustancias con acción antibiótica o antitumoral no se traducen necesariamente en nuevos fármacos”, subrayó, luego de sucesivas decepciones. “Las empresas farmacéuticas no están interesadas en antibióticos. La prioridad son los medicamentos que puedan recetarse de por vida”. Bull declaró que no sabe por qué los microorganismos que viven en el desierto, en el hielo o en el fondo del mar producen sustancias que eliminan bacterias o células anómalas que se congregan y forman tumores.

Proyecto
The microbiome of Amazonian dark earth: structure and function of the microbial communities from rhizosphere and biochar associated to the biogeochemical cycles (nº 11/ 50914-3); Modalidad Apoyo a la Investigación – Regular/ Biota/ FAPESP; Investigadora responsable Siu Mui Tsai (Cena-USP); Inversión R$ 477.191,18 (FAPESP)

Artículos científicos
SANTOS, H.F. et al. Mangrove bacterial diversity and the impact of oil contamination revealed by pyrosequencing: Bacterial proxies for oil pollution. PLOS ONE. v. 6, n. 3, p. e16943. 2011.
PYLRO, V.S. et al. Brazilian Microbiome Project: Revealing the unexplored microbial diversity – Challenges and prospects. Microbial Ecology v. 67, n. 2, p. 237-41. 2014.
RODRIGUES, J.L.M. et al. Conversion of the Amazon rainforest to agriculture results in biotic homogenization of soil bacterial communities. PNAS. v. 110, n. 3, p. 988-93. 2013.
CAMPO, R.K. et al. Samba virus: a novel mimivirus from a giant rain forest, the Brazilian Amazon. Virology Journal. v. 11, n. 95. 2014.

Republicar