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Si las bacterias necesitan ser pequeñas para funcionar, ¿cómo sobrevive esta giganta?


(Tiempo de lectura: 3 - 6 minutos)
Bacterias ‘Thiomargarita magnifica’ fotografíadas junto a una moneda de diez centavos de dólar. Tomas Tyml/Lawrence Berkeley National Laboratory Bacterias ‘Thiomargarita magnifica’ fotografíadas junto a una moneda de diez centavos de dólar. Tomas Tyml/Lawrence Berkeley National Laboratory

Si van ustedes a la isla caribeña de Guadalupe y se dan un paseo por los manglares, podrán observar sobre las hojas descompuestas del mangle unos pequeños filamentos blanquecinos. Sorpréndanse. Están viendo bacterias a simple vista.

Ya se conocían bacterias gigantes: Epulopiscium fishelsoni es una bacteria que habita el intestino del pez cirujano y alcanza los 0,6 milímetros de longitud. Su récord duró hasta el descubrimiento de Thiomargarita namibiensis, una bacteria filamentosa que alcanza los 0,75 milímetros.

Estos registros han sido arrasados por otra bacteria, Thiomargarita magnifica, que forma los filamentos a los que nos referíamos al principio. Mide de media un centímetro de longitud, y puede llegar hasta los dos centímetros. Dado que las bacterias típicas miden unas pocas micras (milésimas de milímetro) estamos hablando de tamaños colosales, 5 000 veces superior a lo habitual.

Pero no solo el tamaño de Thiomargarita magnifica sorprende. Veamos.

T. magnifica fue descubierta en 2009, y se pensó que se trataba de un hongo. Cuando se comprobó su naturaleza bacteriana, un equipo de investigadores estadounidenses y franceses emprendió una investigación cuyos resultados acaban de ser publicados en la revista Science. Y no solo es el tamaño desmesurado lo sorprendente de esta bacteria, como se menciona en los comentarios publicados por Elizabeth Pennisi y Petra Ann Levin. Sus características proporcionan una nueva dimensión acerca de la diversidad de los procariotas, los seres vivos que carecen de núcleo y otros orgánulos como las mitocondrias.

¿Por qué tiene que ser pequeña una bacteria?

El tamaño excepcional plantea de entrada cuestiones importantes. ¿Qué restricciones de tamaño limitan el crecimiento de las bacterias? En otras palabras, ¿por qué las bacterias son tan pequeñas? La primera restricción está en el transporte de sustancias.

Los organismos eucariotas cuentan con complejos sistemas de transporte celular, pero los procariotas carecen de ellos. Esto hace que el transporte de moléculas se produzca por difusión, un proceso muy lento y que limita el volumen celular.

Otro problema es la producción de energía. Los eucariotas contamos con nuestras mitocondrias, pero las bacterias producen ATP, la molécula transportadora de energía, mediante la enzima ATP-sintasa, localizada en la superficie interna de la membrana celular. Un aumento de tamaño disminuye la relación entre superficie y volumen, hasta hacer insuficiente la producción de ATP a partir de un determinado volumen.

Thiomargarita magnifica.

Sin embargo, T. magnifica es capaz de superar estas dos limitaciones. ¿Cómo lo hace? De una forma muy ingeniosa.

Alrededor del 75 % del volumen de esta bacteria está ocupado por una gran vacuola, de forma que el citoplasma se restringe a una estrecha franja de unas 3,3 micras de grosor entre la vacuola y la membrana externa, una dimensión que permite la difusión de moléculas.

Por otro lado, los procesos celulares están descentralizados. Por la periferia de la bacteria se localizan vesículas que almacenan sulfuro (fuente de energía) y otras que los autores llamaron pepins (algo así como pepitas de fruta). Estas pepitas contienen ADN y ribosomas, y en ellas se genera ARN mensajero y proteínas.

Lo sorprendente es que las pepitas están limitadas por membranas, de forma similar al núcleo de los eucariotas. Alrededor de ellas y de otras vesículas se localiza la ATP-sintasa, de forma que su abundancia ya no depende de la superficie interna de la célula. Aunque en otras bacterias se han descrito orgánulos simples, este es el único caso conocido en los procariotas de material genético localizado en una vesícula limitada por una membrana.

Las pepitas contienen ADN genómico. En realidad se trata de múltiples copias del genoma. Este fenómeno se da en otras bacterias gigantes, a veces en número de decenas de miles de copias. En T. magnifica se ha estimado que cada milímetro de bacteria puede tener hasta 37 000 copias del genoma. En una bacteria de un centímetro estaríamos hablando de unas 400 000 copias del genoma. Cómo se regula este número ingente de copias será sin duda objeto de investigación en el futuro.

Una bacteria limpia como una patena

¿Quieren más sorpresas? El número de genes de T. magnifica (11 788) triplica al promedio en las bacterias y es similar al de la levadura Saccharomyces cerevisiae, un eucariota. Este conjunto incluye genes relacionados con la oxidación del sulfuro y la fijación del carbono, pero resultó sorprendente el altísimo número de genes relacionado con el metabolismo secundario, la síntesis de compuestos bioactivos.

Esto podría explicar que la superficie de esta bacteria aparezca siempre limpia, sin otras bacterias adheridas, tal vez por la producción de potentes antibióticos. No hace falta insistir en el interés aplicado que puede tener esto.

Para terminar, hablemos de la reproducción de T. magnifica. Sus filamentos suelen presentar en el extremo distal unas constricciones que llegan a aislar pequeñas porciones interpretadas como las células hijas del proceso reproductivo. Lo singular del caso es que las células hijas reciben solo una muestra del genoma materno, alrededor de un 1 % de las copias.

Dado que en el proceso de generación de copias del genoma se producen mutaciones, las células hijas no tienen la misma composición genética de su progenitora, algo que puede considerarse a medio camino entre la reproducción bacteriana típica y la reproducción sexual.

Preguntas evolutivas y filosóficas

Las preguntas que plantea este descubrimiento son de un gran calado. ¿Por qué evolucionó esta bacteria hacia el gigantismo y el aumento en el tamaño del genoma? ¿Cómo se forma el sistema de vesículas? ¿Qué funciones tienen los orgánulos desprovistos de ADN? ¿Qué implicaciones evolutivas tiene la segregación asimétrica del genoma en la reproducción? ¿T. magnifica ha alcanzado el límite real del tamaño bacteriano?

Yo añadiría una pregunta casi filosófica: ¿cómo se compagina el carácter deslocalizado del material genético y la producción de proteínas con el concepto de individuo? ¿Estamos ante un nuevo tipo de individuo en el mundo de los seres vivos?

De momento no ha sido posible cultivar esta bacteria, algo que permitiría responder a estas y otras cuestiones. Pero lo que está claro es que T. magnifica supone un desafío a los conceptos habituales que teníamos sobre los organismos procariotas.The Conversation

Ramón Muñoz-Chápuli Oriol, Catedrático de Biología Animal (jubilado), Universidad de Málaga

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation

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