Las ventajas de nadar con pelo

El artículo presentado por Maria del Mar Aguiló y Joseph A. Christie Oleza es uno de los finalistas del II Concurso de Divulgación Científica de la UIB

 

Imaginad por un momento que sois un microorganismo marino que vive en el inmenso océano. Sois fotosintéticos y necesitáis la luz del sol como fuente de energía. Estáis, entonces, obligados a vivir en los primeros metros de la columna de agua, hasta donde la luz del sol penetra, y también donde hay nutrientes disponibles. Para eso, necesitáis un mecanismo que os permita situaros en este oasis de luz y nutrientes para no acabar en las oscuras profundidades. El mecanismo que utilizan algunas cianobacterias para mantenerse en la zona óptima de la columna de agua es lo que hemos descubierto en el área de Microbiología de la UIB.

Las protagonistas de nuestra historia son las cianobacterias marinas, los organismos fotosintéticos más abundantes de la Tierra. A pesar de su minúsculo tamaño, son muy relevantes para la vida en nuestro planeta. Su importancia es vital porque son:

  • Los responsables del 25% de la producción del oxígeno que respiramos.
  • La base de la cadena trófica en los ecosistemas marinos.
  • Organismos imprescindibles para la mitigación del cambio climático y el calentamiento global, gracias a su papel en la reducción del CO2 en la atmósfera.

El inicio de nuestro descubrimiento fue estudiando las proteínas que producía una de estas cianobacterias marinas, la Synechococcus. Lo que más nos llamó la atención fue ver que el 25% de las proteínas de este organismo estaba representado por una sola proteína: pili. Los pili son unos apéndices extracelulares de aspecto filamentoso que se encuentran en diferentes tipos de bacterias; vendrían a ser como sus pelos. Estos filamentos (o pelos) se asociaban, hasta hoy, a formaciones de biofilms, movilidad sobre superficies o adquisición de DNA. Es decir, siempre se relacionaban con la fijación sobre una zona de contacto. Aquí es cuando surgió la gran pregunta:

¿Por qué un organismo puramente planctónico (que vive en la columna de agua) invierte tanta energía en producir un apéndice para fijarse a superficies en las cuales posiblemente no entrará nunca en contacto?

Lo primero que hicimos fue verificar que la Synechococcus realmente generaba los pili, y no solo las proteínas que hacían posible su producción. Así obtuvimos imágenes de los pili de la Synechococcus a través del Microscopio Electrónico de Transmisión, donde comprobamos atónitos su gran abundancia y su longitud, de más de 10 µm. ¡Como si un humano tuviese pelos de 20 metros! 

Para poder estudiar las funciones que los pili ofrecían a la Synechococcus, generamos un mutante que no produjese este apéndice. Así podríamos comparar las ventajas que podían ofrecer estos filamentos a la Synechococcus original en comparación con el mutante.

Una vez conseguido el mutante, la primera ventaja quedó manifiesta inmediatamente en el cultivo. Mientras que la Synechococcus salvaje se extendía a lo largo de todo el medio de cultivo, ¡el mutante sin pili que habíamos generado era arrastrado a la base del frasco de cultivo y no podía flotar! 

Así pues, una nueva función de los pili ha sido descubierta: la de evitar el hundimiento de las bacterias. A diferencia de nosotros y de nuestro cabello, las bacterias sí que pueden extender y retraer los pili rápidamente según sus necesidades. De esta manera, permiten a la Synechococcus poderse situar en las zonas más favorables de luz y de nutrientes de la columna de agua. Una clarísima ventaja en comparación con aquellos organismos que simplemente van a la deriva.

Otra ventaja que los pili proporcionan a Synechococcus es la evasión de los depredadores. Es decir, los pili permiten que las bacterias que lo tienen puedan retrasar o incluso evitar ser devoradas por los herbívoros. Así, estos pelos larguísimos permiten a las Synnechococcus escaparse de sus perseguidores, como en el caso del protozoo Cafeteria, o retrasar su ingestión en caso de ser víctima de Uronema.

El descubrimiento de estas nuevas funciones de pili en las cianobacterias no solo nos permite conocer más a fondo la vida de estos microorganismos; también tiene enormes implicaciones ecológicas, debido a que condiciona dos de los pilares biológicos más importantes en los ecosistemas marinos.

Como son la dinámica de las cadenas alimentarias entre las diferentes especies y el secuestro del carbono atmosférico hacia las profundidades de los océanos.

Sin duda, si fueseis un microorganismo fotosintético marino que vive en el inmenso océano, querríais disfrutar de las ventajas que proporciona el nadar con pelo: alimento y protección. 

Fecha de publicación: Mon Sep 27 14:37:00 CEST 2021

Con la colaboración de:

 Gobierno de España. Ministerio de Ciencia e Innovación. FECYT Innovación