Microbios que se alimentan de arsénico pueden redefinir la química de la vida

Lago MonoUna extraña bacteria puede sobrevivir sin uno de los bloques básicos fundamentales de la biología.

Una bacteria encontrada en las aguas repletas de arsénico de un lago californiano, se espera que dé un vuelco a la comprensión científica de la bioquímica de los organismos vivos. Los microbios parecen ser capaces de reemplazar el fósforo por el arsénico en algunos de sus procesos celulares básicos — lo que sugiere la posibilidad de una bioquímica muy diferente a la que conocemos, la cual podría ser usada por organismos en pasados y presentes entornos extremos de la Tierra, o incluso de otros planetas.

Los científicos han pensado desde hace mucho, que todos los seres vivos necesitaban del fósforo para funcionar, junto con otros elementos tales como hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno y azufre. El ion fosfato, PO43-, desempeña varios papeles esenciales en las células: mantiene la estructura del ADN y el ARN, se combina con lípidos para crear las membranas celulares y transporta energía dentro de la célula a través de la molécula adenosín-trifosfato (ATP).

Pero Felisa Wolfe-Simon, geomicrobióloga y Becaria de Investigación de Astrobiología de la NASA, con sede en el US Geological Survey en Menlo Park, California, y sus colegas, informan on-line hoy en la revista Science1 de que un miembro de la familia Halomonadaceae de proteobacterias puede usar el arsénico en lugar del fósforo. El hallazgo implica que “potencialmente puedes tachar el fósforo de la lista de elementos requeridos para la vida”, dice David Valentine, geomicrobiólogo de la Universidad de California en Santa Barbara.

Muchos escritores de ciencia-ficción han propuesto formas de vida que usan bloques básicos alternativos, a menudo el silicio en lugar del carbono, pero éste es el primer caso de un organismo real. El arsénico se coloca justo debajo del fósforo en la tabla periódica, y los dos elementos pueden desempeñar un papel similar en las reacciones químicas. Por ejemplo, el ión arseniato, AsO43-, tiene la misma estructura tetraédrica y lugares de enlace que el fosfato. Es tan similar que puede entrar en las células suplantando el mecanismo de transporte del fosfato, contribuyendo a la alta toxicidad del arsénico en la mayor parte de los organismos.

Elemento sorprendente

Wolfe-Simon pensó que los paralelismos entre los dos elementos podrían indicar que, a pesar de su toxicidad, el arsénico era capaz de realizar el trabajo del fósforo en la célula. Su investigación para un organismo que no tolerase el arsénico pero que hiciese un uso biológico del mismo la llevó al Lago Mono, en el este de California. El lago, de 180 kilómetros cuadrados, tiene una concentración de arsénico extremadamente alta, debido a los minerales de dicho elemento que caen desde las montañas cercanas.

Wolfe-Simon y sus colegas recopilaron barro del lago y añadieron las muestras a un medio de sal artificial que carecía de fostato pero que tenía una elevada tasa de arseniato. Realizaron entonces una serie de disoluciones que pretendían eliminar cualquier resto de fosfato que pudiese haber en la disolución y lo reemplazaron con arseniato. Encontraron que un tipo de microbio en dicha mezcla parecía crecer a un ritmo mayor que el resto.

Los investigadores aislaron el organismo y encontraron que cuando se cultivaban en una disolución de arseniato, crecían a un 60% de la velocidad de una solución de arseniato— no igual de bien, pero aún robustamente. El cultivo no creció en absoluto cuando se le privó tanto de arseniato como de fosfato.

Cuando los investigadores añadieron arseniato radio-marcado a la disolución para rastrear su distribución, encontraron que había arsénico presente en las proteínas de la bacteria, lípidos y metabolitos tales como ATP, glucosa, así como en los ácidos nucleicos que forman su ADN y ARN. La cantidad de arseniato detectado era similar a la que se esperaría en una célula normal para el fosfato, lo que sugiere que el compuesto estaba siendo usado de la misma forma por la célula.

El equipo usó dos técnicas distintas de espectrometría de masas para confirmar que el ADN de las bacterias contenían arsénico, lo que implica – aunque no demuestra directamente – que el elemento había asumido el papel del fosfato en mantener unida la columna vertebral del ADN. Un análisis con lásers similares a los rayos-X procedentes de un acelerador de partículas sincrotrón, indicaron que este arsénico toma la forma de arseniato, y crea enlaces con el carbono y el oxígeno de forma muy similar al fosfato.

“Nuestros datos sugieren sólidamente que el arsénico reemplaza al fósforo”, dice Wolfe-Simon, añadiendo que si los microbios, relativamente comunes, Halomonadaceae pueden hacerlo, otros probablemente puede hacerlo también. “Puede ser una indicación de otro mundo completamente nuevo que nadie ha visto”, señala.

Un mundo de posibilidades

Mary Voytek, que dirige el programa de astrobiología de la NASA en Washington DC, está de acuerdo en que los resultados son convincentes. “Creo que, aisladamente, ninguna de sus medidas puede demostrar” que el arseniato está haciendo lo que habitualmente hace el fosfato, comenta, pero tomadas en conjunto, “diría, conservadoramente, que es muy difícil llegar a una explicación alternativa”.

Para ser realmente convincentes, no obstante, los investigadores deben demostrar la presencia de arsénico no sólo en las células microbianas, sino en las biomoléculas específicas dentro de ellas, comenta Barry Rosen, bioquímico de la Universidad Internacional de Florida en Miami. “Sería bueno que pudiesen demostrar que el arsénico del ADN está realmente en la columna vertebral”, comenta.

También señala que, la descripción aún carece de una comprensión sobre qué significa exactamente para la célula este cambio de arsénico-fósforo, comenta Rosen. “Lo que realmente necesitamos saber es qué moléculas de la célula tienen arsénico dentro de ellas, y dónde están activas y funcionales”, apunta.

Por ejemplo, si el fosfato del ATP se cambia por arseniato, ¿la reacción de transferencia de energía que alimenta a la célula sería igual de eficiente? En los procesos metabólicos en los que el arseniato se uniría a la glucosa, ¿los enlaces que forma – más débiles que los del fosfato – serían igual de efectivos? Y los grupos de fosfato se unen a las proteínas para modificar su funcionalidad, pero ¿funcionaría igual con el arseniato?

“Como químico, estoy obsesionado con los detalles”, dice Rosen. “Creo que estudios futuros tendrán que especificar realmente cómo hacen esto dichos organismos”.

Otros mantienen reservas aún más profundas. “Queda por establecer que esta bacteria use el arseniato como reemplazo para el fosfato en su ADN o en alguna otra biomolécula encontrada en la biología ‘estándar’ terrestre”, dice Steven Benner, quien estudia la química de los orígenes de la vida en la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada en Gainesville, Florida.

El arseniato forma enlaces mucho más débiles en el agua que el fosfato, que se rompen en cuestión de minutos, comenta, y aunque podría haber otras moléculas que estabilicen esos enlaces, los investigadores tendrían que explicar esta discrepancia para que se mantenga la hipótesis. Aún así, el descubrimiento es “simplemente fenomenal” de mantenerse tras más análisis químicos, añade Benner. “Esto significa que hay muchísimas cosas mal en términos de cómo vemos las moléculas en el sistema biológico”.

Además de cuestionar la vieja suposición de que el fosfato es absolutamente requerido por la vida, la existencia de la bacteria “proporcionar una oportunidad para realmente analizar la función del fósforo en distintos sistemas biológicos”, comenta Valentine. Incluso puede haber una forma de usar estos microbios amantes del arsénico para combatir la contaminación por arsénico en el medio ambiente, añade.

Mientras tanto, Wolfe-Simon y sus colegas están de acuerdo en que hay mucho más por hacer. El primer paso es ver si estas bacterias u otras reemplazan el fosfato con arsénico de forma natural, sin que se vean forzadas a hacerlo en condiciones de laboratorio, dice. El grupo también tiene planes para secuenciar el genoma del microbio.

“Tenemos 30 años de trabajo por delante para descubrir qué está pasando”, dice Wolfe-Simon.


Referencias:1. Wolfe-Simon, F. et al. Science doi:10.1126/science.1197258 (2010).

Autor: Alla Katsnelson

Fecha Original: 2 de diciembre de 2010

Enlace Original

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Comments (28)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Una extraña bacteria puede sobrevivir sin uno de los bloques básicos fundamentales de la biología. Una bacteria encontrada en las aguas repletas de arsénico de un lago californiano, se espera que dé un vuelco a la comprensión…..

  2. jurl

    Sí que es una bomba, sí.

    Esto abre muchísimas interrogantes. Lo que parece claro es que la vida es más resistente de lo que parece (estoy pensando en los, ¿eran tardígrados, no?, que sobrevivieron a la exposición del vacío del espacio y su radiación).

    Ni sabemos por qué hay vida en la Tierra, ni sabemos por qué no la hay en otras partes xD.

    • Sí, los famosos “osos de agua” (tardígrados).

      • jurl

        Tardigrades are able to survive in extreme environments that would kill almost any other animal. Some can survive temperatures of −273 °C (−459.400 °F), close to absolute zero,[5] temperatures as high as 151 °C (304 °F), 1,000 times more radiation than other animals,[6] and almost a decade without water.[7] In September 2007, tardigrades were taken into low Earth orbit on the FOTON-M3 mission and for 10 days were exposed to the vacuum of space. After they were returned to Earth, it was discovered that many of them survived and laid eggs that hatched normally.[8]

        Los osos canijos salen mucho más mejor que los osos grandullones xD

    • radomiro

      “ni sabemos por qué no la hay en otras partes xD”
      Pero si aun no se sabe si no la hay! (eres católico?)

      • jurl

        Dios me libre xDDD

        En la luna parece ser que no la hay. No sabemos por qué. A eso me refería, a los sitios donde sabemos que la hay y donde (parece que) sabemos que no la hay. No a los que no sabemos si hay o si no hay.

  3. [...] información: Microbios que se alimentan de arsénico pueden redefinir la química de la vida AKPC_IDS += "7488,"; MeneameBitacorasGoogle [...]

  4. Gracias, gracias y mil gracias. :-)

  5. Lo verdaderamente sensacional, es que la bacteria logra vivir sin Fósforo que es un nutriente limitante (y básico para el crecimiento) y para eso, emplea arsénico, que teóricamente es tóxico para todos los organismos vivos.

    Abre un mundo de posibilidades el descubrimiento, porque ayudará a comprender si hay vida en otros planetas con atmósfera cargada de Arsénico (algo que hasta ahora se suponía que era imposible) o ayudarnos para comprender el nacimiento de la vida en la tierra y darle una vuelta más al proceso de aparición de la vida. Por no hablar que la bacteria en función de su ciclo y determinados condicionantes.. podría servir para descontaminar lugares con Arsénico.

    Vamos que han dado un paso de gigante en la Microbiología, aunque a ojos de la calle, seguramente no se comprenderá el descubrimiento.

  6. Mireia

    Pensar en ello me pone los pelos de punta :D

  7. Bichito

    Quizás el tema no pase porque no se le de la importancia. Lo que se cuestiona es el anuncio en una conferencia, con un anuncio algo amarillista. Esto basado, en que esto no es nuevo. ya en agosto de 2008, aparecía esta noticia publicada y sin tanto “bombo”.

    Bacterias que cierran el ciclo del arsénico
    Área: Biología — Martes, 19 de Agosto de 2008
    Unos científicos descubren unas bacterias que se basan en el arsénico para realizar un equivalente a la fotosíntesis. Los análisis indican que este proceso probablemente se remonta a hace miles de millones de años atrás.

    Los investigadores recolectaron muestras en dos charcas alimentadas por aguas hidrotermales al sureste de la isla Paoha, que está en el lago Mono (California). En cada una de ellas crecían películas microbianas que les dotaban de un color verde y rojo respectivamente. Las muestras revelaron que en esos lugares se oxida el tóxico arsenito [As(III)] al menos tóxico arsenato [As(V)] mediante una reacción similar a la fotosintética que se da en ausencia de oxígeno.

    http://neofronteras.com/?p=1243

    Manuel, disculpa la referencia, quizás en tu blog también está esta noticia, pero no la encontré.

  8. [...] Ciencia Kanija Escrito el: 2nd diciembre, 2010 | Por: Oscar Montes | Categoría: Astronomía, Ciencia, NASA, Noticias | Tags: arsénico, bacterias | Sin Comentarios » [...]

  9. [...] los medios. Pero yo solo haré eco de Kanijo, que más veloz que un rayo, ha traducido en “Microbios que se alimentan de arsénico pueden redefinir la química de la vida,” Ciencia Kanija, 02 dec. 2010, la noticia aparecida en Nature escrita por Alla Katsnelson, [...]

  10. Kanijo muchas gracias! me espere hasta que tu la publicaras! ya que tu si eres de confianza! no como los medios generales que exageran y no dan todos los detalles,

    y sobre la nota: es una muy buena noticia que es importante para la comprensión de los diferentes sistemas de la vida, se amontonan las evidencias que nos hacen ver que hay grandes posibilidades de encontrar vida en otros planetas

    Lo malo es que todavia no se tiene la suficiente inversión y intrumentacion, para buscar vida en marte o en titan

  11. Totbox

    Es muy interesante la noticia.
    Ahora me pregunto cómo encaja este hecho desde el punto de vista evolutivo.

  12. afrikaner

    “Los investigadores aislaron el organismo y encontraron que cuando se cultivaban en una disolución de arsenato, crecían un 60% más rápido que en una solución de fosfato — no igual de bien, pero aún robustamente.”

    Tengo el artículo aquí mismo, y lo que se ve en la figura 1A y B es lo contrario. Las bacterias en arsenato crecen más despacio que en fosfato.

  13. afrikaner

    Por cierto, que lo que dicen los autores es que hay arsénico asociado a las moléculas de la célula, pero no han demostrado que forme parte de esas moléculas. Sólo lo suponen basándose en medidas indirectas, pero aún tienen que demostrar que es parte de la estructura de esas moléculas y que las hace funcionales.

  14. Nikolas

    Me parece que sólo ha sido una cortina de humo de la NASA para pretender ocultar burdamente el escándalo del Wikileads…

  15. Uruguay

    Le están dando mucho color al pedo. ¿No tiene la misma relevancia que el descubrimiento de la selenocisteína? El selenio es un elemento mucho menos común, y forma parte de las cadenas de macromoléculas muy importantes (en este caso proteínas) en algunas formas bacterianas, y sin embargo cuando se descubrió nadie salió diciendo ”pude haber vida en otros planetas en donde el azufre se reemplace por el selenio”. Amarillo amarillo eh!

  16. [...] Microbios que se alimentan de arsénico pueden redefinir la química de la vida (español) [...]

  17. reneco

    Cuando aparezca una forma de vida que no contenga carbono me avisan. El fósforo es un bioelemento secundario, este es solo un caso de microorganismo extremófilo. Además no está demostrado del todo que el arsénico reemplace completamente las funciones biológicas del fósforo en la bacteria , solo se demostró su integración a la célula

  18. Ricardo

    Oh yo me equivoco, o estas bacterias las he visto hace muucho tiempo en un documental, no se si de national o de la bbc.

  19. [...] scorso la NASA, dopo aver creato grandi aspettative, comunicava in una conferenza stampa la scoperta di un battere nel lago Mono, in California, dalle caratteristiche fino ad ora sconosciute. Non è solo in grado [...]

  20. [...] hohe Erwartungen geweckt hatte gab die NASA letzten Donnerstag während einer Pressekonferenz die Entdeckung einer Bakterie im kalifornischen Mono Lake bekannt, die bisher unbekannte Eigenschaften aufweist. Sie kann nicht [...]

  21. [...] avoir suscité un long suspense, la NASA rendait publique lors d’une conférence de presse la découverte d’une bactérie dans le lac Mono, en Californie, aux particularités jusque-là [...]

  22. [...] seis meses tras su publicación en Science1, la controvertida sugerencia de que una bacteria recientemente descubierta sobrevive [...]

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