Sorprendente nueva especie de bacterias recolectoras de luz descubiertas en Yellowstone

En los manantiales termales del Parque Nacional de Yellowstone, un equipo de investigadores ha descubierto una nueva bacteria que transforma la luz en energía química. El descubrimiento de la bacteria productora de clorofila, Candidatus Chloracidobacterium (Cab.) thermophilum, se describirá en el ejemplar del 27 de julio de la revista Science en un artículo liderado por Don Bryant, Ernest C. Pollard profesores de biotecnología del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular en Penn State, y David M. Ward, profesor de estudios microbianos en el Instituto de Biología Termanl y el Departamento de Recursos de la Tierra y Ciencias Ambientales en la Universidad Estatal de Montana, y colegas.

El Parque Nacional de Yellowstone es conocido como la tierra de las maravillas de los turistas ya que está repleto de animales, extrañas formaciones rocosas, geíseres y coloridos manantiales termales, pero también es una reserva científica que alberga lo que podría ser la mayor diversidad de bacterias termofílica (amantes del calor) del mundo. Los hábitats de Yellowstone han sido explorados desde los años 60 buscando nuevos organismos que pueden tener aplicaciones importantes en la biotecnología, en la limpieza de contaminantes (biorremedios) o en medicina. El equipo de investigación liderado por Bryant y Ward encontró a la nueva bacteria viviendo en el mismo manantial caliente que los microbios más famosos de Yellowstone, los Thermus aquaticus, los cuales revolucionaron la medicina forense y otros campos haciendo de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) un procedimiento de rutina.

Extraordinariamente, el nuevo género y especies Cab. thermophilum también pertenece a un nuevo phylum, las Acidobacteria. El descubrimiento es sólo el tercero en los últimos 100 años en el que un nuevo phylum de bacterias se añade a la lista de aquellos miembros que producen clorofila. Aunque las bacterias productoras de clorofila son tan abundantes que realizan la mitad de la fotosíntesis de la Tierra, sólo cinco de los 25 grupos principales, o phyla, de bacterias eran previamente conocidas por contener miembros con esta habilidad.

“Las alfombras microbianas dan a los manantiales calientes de Yellowstone su característicos colores amarillos, naranjas, rojos, marrones y verdes”, explicó Bryant. “Los microbiólogos están intrigados por los Manatiales Octopus y Mushroom debido a que sus inusuales hábitats albergan una diversidad de microorganismos, pero muchos son imposibles de hacerlos crecer en el laboratorio. La metagenómica nos ha dado una nueva y potente herramienta para hallar estos organismos ocultos y explorar su fisiología, metabolismo y ecología”.

La metagenómica es un medio de estudiar los organismos sin tener que cultivarlos. Las muestras masivas se recogen en el entorno, entonces se aísla el ADN de las células y se secuencia mediante el llamado secuenciado shotgun a gran escala. El análisis de las secuencias de ADN revelan los tipos de genes y organismos presentes en el entorno. El equipo se centró en dos genes: el ARN ribosómico 16S, un componente crucial de la maquinaria usada por todas las células vivas para fabricar proteínas; y el gen para una proteína llamada PscA, que es esencial para convertir la luz en energía química. El ARN ribosómico 16S es distintivo en cada una de las especies.

Según comentó Bryant, “Encontrar dos nuevos genes con un ordenador no es suficiente para justificar el nombramiento de un nuevo organismo. Necesitas probar que esos genes provienen del mismo genoma”. Dado que los dos genes estaban tan cercanos en el genoma, el equipo tuvo éxito al aislarlos en un único fragmento que contenía a ambos. “Tuvimos suerte de que un anterior estudiante graduado en el laboratorio de Ward, Jessica Allewalt, ya había hecho crecer un cultivo de microbios mezclados a partir de las alfombras”, explicó Bryant, “aunque ella no se dio cuenta en ese momento de que la mezcla contenía Cab. thermophilum”.

Cab. thermophilum crece cerca de la superficie de las alfombras junto con las cianobacterias, o algas azul-verdosas,donde hay luz y oxígeno, a una temperatura de entre 50 y 66 grados Centígrados. El organismo fue hallado en tres manantiales calientes – el Manantial Mushroom, el Manantial Octopus y la Piscina Green Finger – en la Meseta de Lower Geyser, no lejos del Old Faithful Geyser.

Inesperadamente, la nueva bacteria tiene unas antenas especiales para cosechar la luz conocidas como clorosomas, que contienen aproximadamente 250 000 clorofilas cada una. No se conoce ningún miembro de este phylum ni ningún microbio aeróbico que hiciese clorosomas antes de este descubrimiento. El equipo encontró que Cab. thermophilum fabrica dos tipos de clorofila que permiten a estas bacterias prosperar en alfombras microbianas y competir por la luz con las cianobacterias.

Este descubrimiento es particularmente importante debido a que los miembros de las Acidobacteria han probado ser muy difíciles de cultivar en laboratorios, lo cual significa que su ecología y fisiología son muy poco entendidas. La mayor parte de las especies de Acidobacteria se han encontrado en suelos pobres o contaminados que son ácidos, con un pH por debajo de tres. Sin embargo, los entornos de Yellowstone son más alcalinos, aproximadamente pH 8,5 (en una escala de 1 a 14). Bryant apuntó que, “Juzgando a partir de sus secuencias de ARN de 16S, los parientes más cercanos a Cab. thermophilum se encontraron alrededor del Manantial Caliente Mammoth en Yellowstone y manantiales calientes del Tibet y Tailandia. Cuando observamos más en detalle, podemos encontrar parientes de Cab. thermophilum en las alfombras microbianas de los lugares termales de todo el mundo”.

“Encontrar un microbio productor de clorofila anteriormente desconocido es el hallazgos de una vida para una persona que ha estudiado la fotosíntesis de las bacterias tanto como yo lo he hecho (35 años)”, dijo Bryant. “¡No estaría tan excitado si hubiese llegado a la alfombra y hubiese sacado una pepita de oro del tamaño de mi puño!” Añade además, “Estoy realmente agradecido a Dave Ward por la posibilidad de trabajar con él y sus estudiantes en el parque y visitar Montana con frecuencia. Nuestra colaboración es un gran ejemplo de cómo la ciencia se convierte en algo realmente excitante cuando científicos de distintas disciplinas interactúan”.

Otros miembros del equipo son: Amaya M. Garcia Costas, actualmente estudiante graduada de Penn State; Julia A. Maresca, antigua estudiante de doctorado en Penn State y actualmente investigadora de posdoctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts; Aline Gomez Maqueo Chew, antigua estudiante de doctorado en Penn State y actual investigadora de posdoctorado en la Universidad Estatal de Ohio; Christian G. Klatt, estudiante graduado de la Universidad Estatal de Montana University; Mary M. Bateson, directora del laboratorio de la Universidad Estatal de Montana; Luke J. Tallon, anteriormente director del Núcleo de Biotecnología en el Instituto para Investigación Genómica y actualmente director senior de la Dirección de Datos Genómicos y Software en la Universidad de Maryland; Jessica Hostetler, investigadora asociada en el Instituro para Investigación Genómica; William C. Nelson, anterior analista bioinformático en el Instituto para Investigación Genómica y ahora profesor asistente de investigación en la Universidad del Sur de California; y John F. Heidelberg, anterior investigador en el Instituto para Investigación Genómica y ahora profesor asociado en la Universidad del Sur de California.

Este trabajo fue financiado por dos becas de la Fundación Nacional de Ciencia, una de las cuales vino del Fronteras en el Programa de Biología Integrativa, y mediante becas del Departamento de Energía y el Programa de Exobiología de la NASA. El Instituto de Biología Termal de la Universidad Estatal de Montana también proporcionó apoyo para Don Bryant, quien comenzó su trabajo como profesor invitado en la MSU en 2005.


Autor: Barbara Kennedy
Fecha Original: 26 de julio de 2007
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