Cuestión de bacterias

Por Alberto Gutiérrez Barral

Cando preguntamos a unha persoa non familiarizada coa ciencia que é o que lle vén á cabeza ao oír a palabra “bacteria”, o primeiro que oiremos, con maior probabilidade, será “enfermidades” ou “falta de hixiene”. Para o primeiro punto, é necesario indicar que a meirande parte das bacterias que nos rodean son inocuas. E entón, para que serven? A resposta é moi galega: depende. Comecemos cunha frase que xa te cansarías de oír, “o home [e a muller] vén do mono”. Podemos cambiala por “os humanos vimos das bacterias”. Acabaches de rir xa? Pois si, aínda que non temos evidencia de como foi a primeira célula, crese que non sería moi diferente ás bacterias que coñecemos na actualidade, e de aí, probablemente, descenderiamos tódolos seres vivos do noso planeta (de astrobioloxía poderiamos falar, só que noutro artigo). Pero hai máis, xa que nun corpo humano estímase que hai 39 billóns de células bacterianas (Figura 1), fronte a 30 billóns de células humanas. Iso si, temos que dicilo, as células procariotas (das bacterias e arqueas, que son outros microorganismos) son moito máis pequenas cás eucariotas (as nosas, de animais, plantas, fungos, boa parte das microalgas, etc…). A estes hóspedes microbianos atribúenselle beneficios, como a modulación do sistema inmune.

Fig1_ ABarral

Figura 1. Fotografía a microscopio electrónico de barrido do epitelio intestinal, con bacterias (coloreadas en verde). Esta micrografía está coloreada, xa que en M.O. de barrido, as imaxes orixinais están en branco e negro. Fonte: Southampton General Hospital/SPL ( http://www.nature.com).

Pero, ademais de explicar a nosa simple existencia, serven para algo? Para responder isto, vou contar como, comezando un mestrado en biotecnoloxía hai cinco anos, unha profesora ofreceu na clase un TFM (Traballo Fin de Mestrado) sobre a produción do veleno de Echiichthys vipera (Figura 2) ou faneca brava. Non había moito que me licenciara en bioloxía, e aínda era un novato, polo que me sorprendeu o feito de que ese estudo tivese lugar no Departamento de Microbioloxía. Entón, para que ían estudar un peixe onde se supón que estudaban bacterias? Ao mellor a pregunta non é esa, senón, podemos aproveitar a fisioloxía deses seres microscópicos para producir no laboratorio o veleno dese peixe, e testar posibles utilidades terapéuticas? Ao xurdir esa pregunta, aceptei o TFM sen pensalo.

Fig2_ABarral

Figura 2. Faneca brava, Echiichthys vipera. © Dra. Tammy Horton (www.marlin.ac.uk).

A bacteria utilizada foi Escherichia coli (que por certo, forma parte da nosa microbiota intestinal), e a través da chamada tecnoloxía do ADN recombinante, chegouse a producir unha proteína similar a un dos compoñentes do mencionado veleno, que apesares de provocar intensa dor, potencialmente podería ser utilizado para fins beneficiosos (Gutiérrez-Barral, 2015). Pero E. coli tamén pode ser nociva. Recordemos como, en 2011, houbo un brote de gastroenterite en Alemaña e a chanceler, Angela Merkel, botou a culpa inxustamente ao cogombro español. Algo do que, meses despois, se tería que desculpar. Pois iso foi causado por unha cepa patóxena de E. coli.

Pero volvamos ao lado bo das bacterias e pensemos no fútbol. Que sería de Lionel Messi se durante a súa adolescencia non houbese unhas bacterias producindo somatropina (hormona de crecemento)? E todos coñecemos a alguén con diabetes insulino-dependente, que recibe as súas doses de insulina grazas ás bacterias que permiten a súa produción en masa. Tamén son bacterias os Lactobacillus casei que tomamos nos famosos iogures de beber. Pero non sempre deberíamos buscar nas bacterias unha función inmediata e antropocéntrica, xa que as bacterias forman parte de tódolos ecosistemas. Tendo en conta que o 70% da superficie da Terra é mar, podemos centrarnos no caso das bacterias mariñas, nas que veremos que as funcións que cumpren son múltiples. Podemos comezar coas cianobacterias, que tinguen de verde moitas pozas estancadas, e que son bacterias que realizan a fotosíntese, convertendo o carbono inorgánico do CO2 atmosférico (que se solubiliza na auga) en carbono orgánico (útil para outros organismos da rede trófica), e liberan o noso prezado O2. A metade do O2 que respiramos é producido por microalgas, e a metade desa metade, debémosllo ás cianobacterias (Figura 3) Prochlorococcus e Synechococcus, mentres que as demais microalgas fotosintéticas son maioritariamente eucariotas: dinoflaxelados, cocolitofóridos e diatomeas, entre outras. Pode ser convinte recordar que as cianobacterias, aínda que non sexan patóxenas, poden segregar substancias tóxicas.

Fig3_ABarral

Figura 3. Proliferación de cianobacterias nun lago de Alemaña. © Peter Duddeck (www.eawag.ch).

Pero por suposto hai outros tipos de bacterias, con fisioloxías moi dispares. Xa que dixemos que as cianobacterias (e outras micro ou macroalgas) producían carbono orgánico útil para outros organismos, podemos mencionar as bacterias heterótrofas. Estas utilizan o carbono orgánico producido polas cianobacterias (e outros organismos fotosintéticos) para obteren enerxía, liberando CO2. Entre as heterótrofas está o xénero Vibrio, con grande capacidade para proliferar en presencia dos nutrientes axeitados, e que ten especies patóxenas. Este xénero inclúe Vibrio parahaemolyticus, que en 1999 provocou en Vigo 64 casos de gastroenterite tralo consumo de bivalvo contaminado, algo que se repetiu na Coruña en 2004, con 80 casos; de feito, houbo un aumento de casos que se relacionou co aumento da temperatura da auga (Martínez-Urtaza et al. 2016). É importante mencionar a Vibrio vulnificus, que aínda que raramente causa infeccións, cando o fai por contacto con feridas abertas, pode provocar amputacións ou morte. Outro membro do xénero, e con nome simpático, é Vibrio diabolicus, descuberto nunha fonte hidrotermal do fondo do océano. Ademais está neste xénero Vibrio cholerae, que aínda que inclúe serotipos causantes do cólera, as cepas desta especie que abundan nos mares non causan a enfermidade. Estes bacilos tamén inclúen a Vibrio harveyi, que a pesares de ser unha especie tropical, é patóxena para peixes e marisco, e cando os infecta, emite fluorescencia grazas ao enzima luciferasa, polo que un camarón infectado alumea na escuridade, aínda que obviamente non é apto para o consumo. Cando V.harveyi prolifera, tamén causa mar de ardora, un fénomeno de bioluminiscencia no que auga do mar alumea pola noite, en condicións de baixa contaminación lumínica. Nas Rías Baixas é frecuente ver ardora causada polo dinoflaxelado Noctiluca scintillans (eucariota, non bacteria). Para vela cómpre achegarse de noite a lugares pouco afectados pola luz urbana, por exemplo a illa de Sálvora (Ribeira).

Tamén é interesante o clado Roseobacter, que inclúe moitas especies que producen dimetil sulfuro (DMS), un composto volátil que na atmosfera pode oxidarse a H2SO4 (ácido sulfúrico), o cal axuda a formar núcleos de condensación, contribuíndo á formación de nubes, e desa maneira pode afectar ao quecemento global. Ademais, o DMS, a baixas concentracións, é o responsable do típico olor que notamos ao achegarnos ao mar. E falando de compostos químicos, o efecto fotoquímico da luz ultravioleta procedente do sol, fai que parte da materia orgánica disolta se transforme en monóxido de carbono, o gas que asfixia a algunhas persoas cando hai malas combustións. Pois algúns taxons do clado Roseobacter, como Ruegeria, oxidan ese monóxido de carbono a dióxido de carbono. E para rematar coa bioquímica, non olvidemos que Cycloclasticus (Teira, et al. 2007) e Oleispira degradan hidrocarburos, axudando na recuperación tras mareas negras.

En xeral, as bacterias heterótrofas cumpren unha función que poderiamos considerar entre as máis importantes, que é a remineralización, un proceso no que a materia orgánica se descompón en nutrientes inorgánicos necesarios para o fitoplancto, o cal, como xa dixemos, produce a metade do O2 no planeta. Ese fitoplancto (autótrofo, normalmente realiza a fotosíntese) necesita principalmente os xa mencionados nutrientes inorgánicos (nitrato, amonio, fosfato, etc…), mentres que o bacterioplancto heterótrofo se nutre maiormente de nutrientes orgánicos. Neste último caso os nutrientes orgánicos poden ser biomoléculas segregadas polo fitoplancto, restos de microalgas mortas, algas en putrefacción, animais mortos, ou aportes externos de nutrientes. Convén facer énfase no último destes factores, xa que a man humana está a incrementar a entrada de nutrientes, tanto orgánicos como inorgánicos, nos sistemas mariños. Este aporte antrópico pode ser atmosférico (deposicións de po, sulfatos, partículas procedentes da contaminación, etc…), ou continental (principalmente a través dos ríos, das escorras e das descargas de augas residuais). No caso dos aportes de augas residuais, recordemos que en xullo de 2018, Bruxelas multou a España por non depurar a auga correctamente en 17 núcleos de máis de 15000 habitantes, e deu aviso sobre outros 1000 núcleos de menor poboación. A mala depuración pode causar un exceso de nutrientes (eutrofización), sobre todo pola entrada de nitróxeno en forma de amonio (Fernández et. al, 2016). E realmente nos debería preocupar, xa que os mencionados nutrientes alimentan ás bacterias, que poden se beneficiosas, ou nocivas, e ese mililitro de auga de mar que tragamos cada vez que nadamos na praia, pode ben conter máis dun millón de bacterias. E para que nos fagamos unha idea, cada hora entra na Ría de Vigo o equivalente a entre tres e cinco piscinas olímpicas en auga tratada nas depuradoras (Fernández et. al, 2016).

Xa vimos que as fisioloxías das bacterias mariñas son moi dispares, polo que a estrutura da comunidade bacteriana (maior abundancia duns taxons e menor abundancia doutros) pode afectar ao ecosistema. Ademais, estímase que o tipo e cantidade dos aportes antes mencionados, atmosféricos e continentais, afectan a esa estrutura. Por poñer un exemplo: a entrada na ría de 5 kg de nutriente A, e 10 kg de nutriente B, fai que nun mililitro de auga haxa medio millón de células da bacteria Y, e un millón de células da bacteria Z, pero con 10 kg de A, e 5 kg de B, temos cantidades invertidas das bacterias Y, e Z. Aínda que a realidade sexa moito máis complexa que este exemplo, non dista moito da hipótese, que é necesario investigar. Para iso, no ano 2013, antes de que eu chegase ao Grupo de Oceanografía Biolóxica, levouse a cabo o proxecto REIMAGE. Nel, recolléronse mostras do río Oitavén-Verdugo (que desemboca na parte interna da Ría de Vigo), e tamén se tomaron mostras de deposicións atmosféricas na azotea do Instituto de Investigacións Mariñas-CSIC, en Bouzas (Vigo). Estas colleitas permitiron obter parte deses nutrientes antrópicos que entran habitualmente na ría (estériles, xa que só buscamos o efecto dos nutrientes, e non da posible entrada de bacterias, nin de augas fecais, xa que ese, é un tema diferente). Por outro lado, obtivéronse mostras da propia auga da ría (que si que contén bacterias, de forma natural). Á auga do mar engadíronse os nutrientes, incubando nun sistema pechado durante 48 horas, nos mesocosmos, que son tanques cheos de auga que non entra nas bolsas, senón que mantén constante a temperatura e a radiación solar. Dita incubación levouse a cabo na Estación de Ciencias Mariñas de Toralla (ECIMAT). Pasadas as 48 horas do experimento, e sabendo que as células do plancto teñen tamaños diferentes, a auga filtrouse a través de poros de 3 micrómetros (un micrómetro é a milésima parte dun milímetro), nos que se retiveron as células máis grandes (eucariotas), e logo a auga pasou a través de 0,2 micrómetros (onde ademais de eucariotas pequenos, se retiveron as bacterias e arqueas). Este último filtro utilizouse para extraer o ADN das bacterias e arqueas. Este ADN enviouse a unha empresa de Texas, onde se obtiveron as secuencias de ADN, que eles nos enviaron de volta. Eses datos viñan crus, e a compañeira Marta Hernández, no Institut de Ciències del Mar-CSIC (Barcelona), tratounos cunha técnica aprendida alí, a partir dos cales eu comecei a miña parte do traballo, dirixido polo catedrático Emilio Fernández Suárez, e a doutora Eva Teira González. Os mencionados datos dixitais son os que nos serven para, coa linguaxe de programación R, realizar cálculos estatísticos e gráficos, cos que estimamos os cambios na estrutura da comunidade bacteriana (Figura 4).

Fig4_ABarral

Figura 4. Estructura da comunidade bacteriana con software R. ©Alberto Gutiérrez Barral.

O que vemos aquí é como cambiaron as abundancias en especies bacterianas, que xa estaban na Ría de Vigo, en función dos nutrientes empregados.

Por tanto, o labor dun científico non é só poñerse a bata branca e pipetear, senón tamén pasar moitas horas diante dun ordenador, inserindo comandos nunha linguaxe de programación.

Un experimento similar ao de 2013 levouse a cabo no 2014, enmarcado no proxecto DIMENSIÓN, con auga da plataforma oceánica fronte á Ría de Vigo, e no 2016 realicei unha estadía na Universidade do Océano de China, na que illei ADN de bacterias e arqueas do Mar de Bohai (Figura 5), afectado polo rápido desenvolvemento do xigante asiático.

Fig5_ABarral

Figura 5. Os mares Bohai e Amarelo. A estrela vermella indica a localización da Universidade do Oceáno de China, en Qingdao. Modificado de Liu J.W. et al. 2015.

Este último dato pode servir para unha comparación grosso modo coas bacterias presentes nos nosos mares. Pero, son as mesmas? Non son outras as bacterias que hai alí? En realidade, son bastante parecidas, xa que as correntes oceánicas, en superficie, son relativamente rápidas. Buscando un pouco en Youtube vemos unha animación que mostra como o cesio radioactivo liberado no accidente nuclear de Fukushima (Xapón) tardou pouco máis de dous anos en estenderse por toda a metade norte do Océano Pacífico. Tamén, se pensamos na distribución do coco, Cocos nucifera, veremos que se dá en todas as costas tropicais do mundo, xa que precisamente, o froito está evolucionado para flotar e ser arrastrado grandes distancias pola corrente, coma se fose unha mensaxe embotellada, ata chegar, en moitos casos, a illas distantes, ou incluso ao outro lado do océano. Se non temos cocos medrando nas praias galegas é porque non temos o clima tropical, nin os arrecifes de coral que precisan, pero chegar, chegaron ata a illa de Tiree, en Escocia, e tamén a outras costas europeas (Harries & Baker, 2005).

E a seguinte pregunta pode ser: pero unha bacteria atravesa viable todo o océano, coma un coco? Si, xa que se pode considerar que as bacterias son case inmortais (para que morran, ten que haber algunha condición que as mate, como presenza de toxinas ou falta de nutrientes, pero se non, poderían vivir ata o infinito, vamos, coma os elfos no Señor dos Aneis), e mentres teñen esa vida “infinita” vanse reproducindo, e para iso divídense e multiplícanse á vez. Espera, como? A división e a multiplicación, que eu saiba, son operacións aritméticas contrarias. Si, pero imaxinemos un artista na Rúa do Príncipe creando pompas de xabón xigantes, e mentres move as súas cordas, as divide en dous, entón pasa a haber dúas, e o seu número multiplicouse por dous, pois o mesmo ocorre coas bacterias! Só que no caso das bacterias, as dúas células resultantes recuperan o tamaño da súa célula nai. A bacteria que se usaba para producir a proteína da faneca brava comezaba cunha soa célula nun cultivo, e o seu número multiplicábase por dous cada 20 minutos, de forma que pasados 20 minutos tiñamos dúas. Na teoría, tras 24 horas, que son 72 períodos de 20 min, temos unha potencia con base 2 (porque en cada xeración a poboación se duplica), e con expoñente 72 (polas 72 xeracións). Entón, 272= 4,72×1021, é dicir, que tras un día pasamos de dúas células a case cinco mil trillóns! En realidade isto non ocorre exactamente así, xa que pode haber limitacións por nutrientes, falta de vitaminas, que unhas células liberen moléculas que inhiban o crecemento doutras, temperatura non óptima, virus (si, hai virus que infectan bacterias), presenza de antibióticos, etc… Nos ambientes naturais, como os mariños, esas limitacións son maiores, e tenden a manter constantes as abundancias, reducilas, ou causar proliferacións. Resumindo isto, se hai bacterias diferentes en China, probablemente sexa polas condicións nas que crecen, e non pola distancia.

Para concluír, gustaríame poñer énfase no feito de que as bacterias que non son nocivas, cumpren un papel esencial nos ecosistemas, e teñen grande utilidade nas nosas vidas cotiás. Non hai que ir moi lonxe para ver os efectos de calquera mudanza na estrutura bacteriana, que pode alterar, entre outros, factores como o clima, a saúde, a produción de peixe e marisco, e a degradación de hidrocarburos.

Bibliografía:

– Fernández, E. et al. 2016. Coexistence of urban uses and shellfish production in an upwelling-driven, highly productive marine environment: The case of the Ría de Vigo (Galicia, Spain). Regional Studies in Marine Science. 8, 362-370.

– Gutiérrez-Barral, A. 2015. Biotechnological use of the toxin of Echiichthys vipera. Unpublished master’s thesis. Universidade de Santiago de Compostela.

– Harries, H.C. & Baker, W.J. 2005. The Gulf Stream Coconut: Flotsam and Jetsam or Natural Dissemination? PALMS. 49(4), 195-198.

– Liu, J.W. et al. 2015. Bacterial and Archaeal Communities in Sediments of the North Chinese Marginal Seas. Microbial Ecology. 70, 105-117.

– Martínez-Urtaza, J. et. al. 2016. Epidemiological investigation of a foodborne outbreak in Spain associated with U.S. West Coast genotypes of Vibrio parahaemolyticus. SpringerPlus. 5, 87.

– Teira, E. et. al. 2007. Dynamics of the hydrocarbon-degrading Cycloclasticus bacteria during mesocosm-simulated oil spills. Environmental Microbiology. 9(10), 2551-2562.

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: