La científica de la UCN analiza la importancia de la microbiología y los aspectos en común que tienen los microorganismos que habitan en la Antártica y el desierto de Atacama.
El entusiasmo con el que habla y la voluntad de transmitir sus conocimientos de la mejor manera posible, reflejan la pasión que siente por la ciencia y la divulgación científica. Martha Hengst es doctora en Ciencias Biológicas con mención en Genética Molecular y Microbiología, de la Pontificia Universidad Católica de Chile (UC), y actualmente ejerce el cargo de directora de Investigación y Análisis de la Producción Científica de la Universidad Católica del Norte (UCN). También es académica del Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la UCN y sus líneas de investigación son ecología microbiana, microbiología marina y biología molecular.
En entrevista con el PAR Explora Antofagasta, del Ministerio de Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación, ejecutado por la UCN, la Dra. Hengst analiza la importancia de la microbiología, así como las diferencias y similitudes entre los microorganismos que habitan en la Antártica y el desierto de Atacama. Además, se refiere a la contribución de la biotecnología basada en microorganismos en beneficio de la humanidad.
¿Qué es la microbiología y cuál es su importancia?
En general, cuando hablamos de microbiología nos referimos al estudio de la microvida, de la vida pequeña, de la vida que es invisible al ojo desnudo. Se necesita un instrumento para poder observarla, y ese es el microscopio. Por eso se habla de microbio: micro, pequeño; y bio, vida. La importancia de los microorganismos radica en que son capaces de habitar casi cualquier ambiente. Diversas investigaciones científicas han generado evidencia que sugiere que los primeros colonizadores de la Tierra fueron microrganismos. Se asume que dado que no existía atmósfera, las condiciones no estaban dadas para que existieran formas de vida como la conocemos hoy en día. Por ejemplo, la radiación ultravioleta era muy intensa y no había oxígeno; por lo tanto, los organismos que ahí existieron no pudieron haber dependido del oxígeno. La mayor parte de los organismos que hoy conocemos son aerobios, es decir, necesitan oxígeno para vivir.
Probablemente nunca lleguemos a saber con certeza cómo ocurrió la vida en la tierra temprana; sin embargo, el registro fósil, y hoy cada vez con más fuerza las tecnologías basadas en material genético, nos permiten descubrir nuevas formas de vida, y siempre llegamos a la misma conclusión. Lo más probable es que los organismos más antiguos hayan sido microorganismos, porque son organismos simples, formas de vida estructuralmente muy sencillas (unicelulares), porque están prácticamente en todos los ambientes del planeta. En este contexto, uno de los hitos más relevantes para la microbiología y que probablemente marcó la diferencia entre la vida primitiva y la vida actual, fue la aparición de un tipo de microorganismos muy especiales que se llaman cianobacterias, que son probablemente los primeros organismos que fabricaron oxígeno, los primeros productores primarios en el océano.
¿Qué cambios se producen cuando aparecen estos microorganismos en la Tierra?
No existe registro de grupos evolutivamente más antiguos que las cianobacterias en base al registro fósil. Sin embargo, se asume que hubo otros anaerobios que usaban otras moléculas como el azufre, y diversos minerales para obtener energía. Se estima que hace aproximadamente 2.400 millones de años las cianobacterias fueron las responsables del gran aumento de oxígeno y la creación de la atmósfera en el planeta, lo que permitió la existencia de otras especies. Después de esto ocurrió un salto en la evolución y comienzan a aparecer los organismos más complejos (multicelulares), que son las formas de vida que nosotros conocemos hoy en día. En términos evolutivos, la especie humana somos los últimos en aparecer. Pero previo a eso hay casi cuatro mil millones de años de historia de seres vivos distintos.
¿Qué cosas tienen en común los microorganismos que habitan en la Antártica y el desierto de Atacama?
Esta comparación es recurrente en el mundo científico, y a veces no es fácil visualizar cómo se puede comparar la Antártica con el desierto de Atacama, si son ambientes absolutamente distintos. En realidad son dos desiertos: un desierto frío y otro caliente, es decir, con escaza disponibilidad de agua líquida, que hasta donde sabemos es lo que define la existencia de la vida. Las similitudes o diferencias entre ambos van a depender de la escala de observación. Por ejemplo, si nos preguntamos si existen vertebrados en el planeta, podemos decir que sí, que están en todos los ambientes, incluso en el océano, aunque sabemos que no todos están en todas partes. Con los microorganismos es lo mismo; a gran escala existen microorganismos en todos los ambientes, pero aunque parecen todos iguales, su diversidad hasta ahora no ha podido ser determinada con exactitud. Cada vez que se analiza un nuevo ambiente, encontramos nuevas especies. En este contexto, tanto el desierto de Atacama como la Antártica poseen una misteriosa diversidad que requiere ser conocida y conservada.
Debido a que habitan casi cualquier ambiente conocido, los microorganismos poseen metabolismos muy versátiles, utilizan diversos nutrientes, y son capaces de reciclar la materia orgánica de manera muy eficiente. Gracias a estas particularidades, las bacterias pueden adaptarse a distintas condiciones y las podemos ver crecer en el laboratorio, donde podemos responder preguntas más complejas, estudiar sus genomas, si poseen alguna resistencia a los antibióticos, si producen algún compuesto de interés para la industria, entre muchas otras. En nuestro laboratorio de investigación hemos estudiado bacterias obtenidas de ambos lugares, y hemos podido establecer que las de la Antártica, si bien están adaptadas a vivir en el frío (conocidas como psicrófilas o psicrotolerantes), pueden crecer a temperaturas más altas y tolerar la alta radiación, características que también son posibles de encontrar en algunas bacterias del desierto de Atacama. En este último las temperaturas pueden ser extremadamente bajas, a veces tan frías como en la Antártica; y en otro momento del día extremadamente altas; por lo tanto, estos microorganismos poseen la capacidad de mantenerse vivos, a pesar de los bruscos cambios en el entorno, cambios que a veces ocurren en un mismo día.
¿Puede dar un ejemplo?
Específicamente, ¿qué tienen en común?, todo; ¿qué tienen diferente?, todo (…) Voy a dar un ejemplo de un grupo de bacterias que son muy relevantes dentro de la biotecnología de microorganismos, ya que producen naturalmente la mayoría de los antibióticos que hoy conocemos. Ellas son los actinomicetes o actinobacterias. Este grupo de bacterias incluyen muchos tipos distintos en formas y capacidades para producir compuestos bioactivos, es decir, moléculas que tienen alguna actividad de interés para la ciencia. En este grupo (actinomicetes) podemos encontrar una gran cantidad de especies que producen antibióticos, antivirales, antimaláricos y antiinflamatorios que han sido encontrados de manera abundante tanto en el desierto de Atacama como en la Antártica. Este año, en un estudio realizado por una tesista de mi grupo de investigación con bacterias antárticas, encontramos incluso que producían compuestos que podrían ser utilizados para enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson o el Alzheimer. Otra investigación realizada por otra estudiante del mismo grupo con bacterias termófilas aisladas de ambientes termales del desierto de Atacama, también presentaron esta actividad; además de otras como antioxidantes y antimicrobiana, entre otras. Estos resultados son muy relevantes, sobre todo cuando se cree que un desierto es un ambiente “sin vida”.
Entonces, ¿es fundamental la biotecnología para la fabricación de fármacos, por ejemplo?
Cómo comentaba previamente, las bacterias tienen metabolismos muy diversos y procesan los nutrientes del medio y generan distintos antibióticos, o distintos compuestos dependiendo de la condición ambiental, que los científicos podemos utilizar en diversas aplicaciones, entre ellas la fabricación de antibióticos. Lo que no es nuevo, Alexander Fleming descubrió la penicilina hace casi un siglo. Otros compuestos de origen bacteriano de interés para la ciencia y que tienen relación con las condiciones ambientales presentes en el desierto de Atacama son, por ejemplo, los compuestos producidos como protectores de radiación, o de desecación, o para sobrevivir en ambientes muy salinos. Entonces, cuando la radiación es muy alta (al mediodía), las bacterias producen compuestos que las protegen; pueden ser pigmentos que actúan como un filtro o bloqueador solar. La información generada por estos estudios es lo que nosotros los científicos utilizamos para el beneficio de la humanidad; ya sea un pigmento, un nuevo fármaco o un antiviral, que es lo que más nos interesa hoy día.
Chile es un laboratorio natural en sí mismo y, más que cualquier otro recurso, nuestro mayor patrimonio es la diversidad biológica y la diversidad de ecosistemas. Dado que estamos de paso, tenemos la obligación de conocerlas y protegerlas.
¿Cuáles son los tipos de microorganismos que existen? ¿Y qué son los virus?
Los microorganismos más conocidos y estudiados han sido las bacterias, y luego se descubrieron las arqueas; ambas pertenecen a los seres vivos más antiguos conocidos y se llaman en general procariontes. Sin embargo, hay otros organismos que también son invisibles al ojo desnudo, como los hongos, protozoos y microalgas, pero estos son evolutivamente más modernos y se conocen como eucariontes. Por ejemplo, el paramecio, típico que nos enseñan en el colegio, también es un microorganismo, pero no es del mismo grupo de las bacterias ni de las arqueas, es otro tipo.
Los virus no son seres vivos, son partículas que están formadas de una envoltura (como una cápsula) y de material genético que puede ser ADN o ARN. Para observar un virus se requiere de un instrumento de gran capacidad de aumento, ya que los más grandes pueden medir la tercera parte del tamaño de una bacteria. Particularmente el SARSCov-2 o coronavirus, mide hasta 200 nm. Es muy chiquitito, entonces, requieres de instrumentos de mayor resolución para poder mirarlos, por ejemplo, un microscopio electrónico.
¿Qué daño pueden producir los virus?
Los virus no son seres vivos, pero pueden causar daño a los seres vivos. Algunos infectan bacterias, o plantas, animales y, por supuesto, a los humanos. Los virus pueden causar diversas enfermedades a humanos como gripes, influenza y diarrea entre muchas otras. A pesar de no estar vivos, cuando infectan a un organismo se reproducen dentro de este usando la maquinaria de la célula infectada y finalmente terminan matando la célula donde se alojaron. Tienen gran capacidad para multiplicarse dentro de la célula, al igual que una fotocopiadora; se generan muchas copias del virus dentro de la célula las que, al salir, rompen la célula y cada partícula es capaz de infectar a una nueva célula. Un virus que nos ha tenido muy afectados este año es el coronavirus.
