LA INSOSPECHADA LABOR DE PURIFICACIÓN DE BACTERIAS BUENAS PRESENTES EN EL AGUA QUE BEBEMOS

noticiasdelaciencia.com

Una investigación pionera revela que nuestra agua potable es purificada en gran medida por millones de “bacterias buenas” presentes en tuberías y depuradoras. Hasta ahora, los conocimientos científicos sobre ellas eran prácticamente inexistentes, pero esta nueva investigación ha comenzado a cambiar la situación.

Un vaso de agua contiene realmente millones de bacterias que ayudan a mejorar la calidad del agua. (Foto: Universidad de Lund)

¡Un vaso de agua potable limpia contiene en realidad diez millones de bacterias! Pero así es como debe ser, el agua del grifo limpia siempre contiene bacterias inofensivas. Tales bacterias y otros microbios crecen en la planta de tratamiento del agua potable y en el interior de nuestras tuberías de distribución, pudiéndose hallar en la forma de un recubrimiento delgado y pegajoso, llamado biopelícula. Todas las superficies, desde la toma primaria de agua hasta el interior del grifo, están cubiertas por esta biopelícula.

El equipo de Catherine Paul y Katharina Lührig, de la Universidad de Lund en Suecia, ha mostrado que la diversidad de especies de bacterias en las tuberías del agua es enorme, y que estas podrían jugar un papel más importante en la purificación del agua de lo que se pensaba previamente. El equipo de investigación cree ahora que de hecho una buena parte de dicha purificación se lleva a cabo en las tuberías y no solo en las plantas depuradoras.

Gracias a técnicas como la secuenciación masiva del ADN y la citometría de flujo, en la nueva línea de investigación ha salido a la luz un ecosistema previamente desconocido.

Al menos un par de miles de especies diferentes viven en las tuberías del agua. Según el equipo de investigación, existe una conexión bastante clara entre la composición de la población bacteriana y la calidad del agua.

Los autores del estudio sospechan que el papel de las bacterias “buenas” ayudando a purificar el agua y a mantenerla segura es similar al de las bacterias buenas del interior de nuestro cuerpo contribuyendo al buen funcionamiento de este. Tal como razona Catherine Paul, nuestros intestinos están llenos de bacterias, y la mayor parte del tiempo nos ayudan a digerir la comida y a luchar contra algunas enfermedades.

Aunque la investigación se llevó a cabo en el sur de Suecia, las bacterias y las biopelículas se encuentran en tuberías, grifos y cañerías de agua de todo el mundo. Esta información será muy útil para todos los países en los que se proceda a actualizar y mejorar sus sistemas de conducción del agua.

BACTERIAS QUE PROTEGEN DE INFECCIONES A RAÍCES DE VEGETALES

noticiasdelaciencia.com

Se sabe que las bacterias de las raíces forman relaciones simbióticas con las plantas, mejorando el suministro de nutrientes a estas. Sin embargo, lo descubierto en un nuevo estudio indica que dichas bacterias ejercen en realidad un papel mucho más amplio.

Plantas del tabaco que murieron por la infección que las bacterias beneficiosas del suelo podrían haber evitado si hubieran estado presentes. (Foto: © Arne Weinhold, Max Planck Institute for Chemical Ecology, Jena, Alemania)

Durante unos experimentos de campo en Utah, Estados Unidos, unos investigadores descubrieron que una mezcla adecuada de microbiota del suelo influye directamente en la supervivencia de la Nicotiana attenuata, una especie silvestre de planta del tabaco.

El equipo de Ian Baldwin, jefe del Departamento de Ecología Molecular en el Instituto Max Planck para la Ecología Química en Jena, Alemania, constató que las plantas que no habían podido establecer una alianza protectora con las vitalmente importantes bacterias del suelo eran más susceptibles de contraer una enfermedad infecciosa que las podía matar con extrema rapidez.

Los patógenos causantes de la enfermedad se habían acumulado y extendido debido a que los investigadores habían cultivado esta planta nativa de forma continuada en el mismo campo durante 15 años.

Además, se había empleado un medio estéril para la germinación, previa a la plantación en el campo, un procedimiento que evitó que las plantas reclutaran de forma temprana a las bacterias simbióticas, como sí hacen normalmente cuando germinan en la naturaleza.

Los resultados del estudio resaltan la importancia de la rotación de cultivos para evitar la acumulación de gérmenes de enfermedades que surgen de suelo, y revelan la compleja ecología de las plantas, especialmente con respecto a la multitud de microorganismos, beneficiosos o dañinos que interactúan con ellas.

BACTERIAS CAPACES DE NUTRIRSE DE LA ELECTRICIDAD

noticiasdelaciencia.com

De la misma manera que las plantas con clorofila utilizan la fotosíntesis para convertir la energía de la luz en los azúcares necesarios para su subsistencia y crecimiento, otros organismos, como los animales, obtienen energía para la fabricación de nutrientes tomando electrones de sustancias en sus entornos, un proceso llamado quimiosíntesis. A los organismos que obtienen su energía de esta forma se les llama quimiótrofos, y aquellos que consiguen sus electrones a través de la oxidación de sustancias inorgánicas se llaman quimiolitoautótrofos. Los fotótrofos y quimiótrofos constituyen dos ecosistemas interconectados.

La A. ferrooxidans. (Foto: RIKEN)

Unos investigadores han demostrado que la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans puede tomar los electrones necesarios para su crecimiento directamente del electrodo de una fuente de electricidad, cuando no dispone de hierro (su ya conocida fuente de energía). El estudio muestra que la A. ferrooxidans puede utilizar la toma directa de electrones de un electrodo para alimentar la misma vía metabólica que se activa por la oxidación de iones de hierro difusibles.

El hallazgo lo han hecho unos científicos del Instituto RIKEN y la Universidad de Tokio, ambas entidades en Japón.

Por tanto, tal vez se pueda hablar de un tercer tipo de ecosistema, al cual el equipo de Ryuhei Nakamura se refiere llamándolo “electroecosistema” porque la actividad microbiana es sostenida principalmente por una corriente eléctrica continua.

Recientemente, su equipo ha descubierto corrientes geoeléctricas a través de las paredes de chimeneas formadas por fumarolas hidrotermales negras, lo que sugiere que algunos microbios de las profundidades marinas podrían actuar como electrolitoautótrofos, organismos que pueden usar el potencial eléctrico, es decir, que simplemente absorben electrones como fuente de energía en vez de luz o de sustancias inorgánicas del entorno.

Dado que el acceso a los microbios de este ambiente no es sencillo, y ante la necesidad de verificar la hipótesis de que la capacidad de cambiar entre la extracción de energía de sustancias inorgánicas y la extracción de energía de la electricidad, no es algo único en el mundo microbiano, el equipo experimentó con la A. ferrooxidans, una bacteria quimiolitoautótrofa conocida por su oxidación de iones de hierro.

El equipo cultivó la A. ferrooxidans en un entorno sin iones de hierro y suministró un electrodo, dióxido de carbono como fuente de carbono, y oxígeno como aceptor de electrones. Nakamura y sus colegas hallaron que estas condiciones creaban una corriente que se originaba en el electrodo, y cuya fuerza dependía de cuántas células se aferraban al electrodo. Matar las células con luz ultravioleta interrumpía de inmediato la corriente.

HONGOS DEL OLMO AYUDAN A PROTEGERLO DE LA GRAFIOSIS

agenciasinc.es

Según un estudio en el que ha participado la Universidad Politécnica de Madrid junto con otros cinco centros europeos de investigación, la salud de algunos olmos y olmedas podría estar relacionada con la flora endófita que habita en el interior de los árboles.

La salud de algunos olmos y olmedas frente a la grafiosis podría estar relacionada con la flora endófita que habita en el interior de los árboles / Juan Antonio Martín

Un investigador de la ETSI de Montes, Forestal y del Medio Natural de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha formado parte de un equipo europeo de investigación para estudiar el perfil nutricional de uno de los hongos patógenos forestales más agresivos –el causante de la grafiosis del olmo– y compararlo con el de otras especies de hongos endófitos aislados de árboles sanos.

El resultado obtenido muestra que algunos hongos que habitan en el interior de los árboles compiten con los patógenos por las mismas fuentes de nutrientes, lo que ayudaría a reducir su crecimiento, protegiendo así a los olmos de la enfermedad.

Los hongos endófitos habitan en el interior de los tejidos de las plantas sin ser causantes de enfermedad. Aunque se han descrito diversas funciones de estos simbiontes, su papel ecológico es aún desconocido en muchos casos. Algunos de estos hongos viven de forma latente en la planta esperando que ésta o alguno de sus órganos mueran para ser los primeros descomponedores de la madera.

En otros casos, algunos patógenos viven de forma endófita en los tejidos hasta que su planta hospedante se debilita por algún factor externo, como por ejemplo la sequía o el ataque de otra plaga o enfermedad. Es entonces cuando estos hongos aprovechan esta debilidad para adoptar un estado de patógenos oportunistas, desarrollándose y causando enfermedad.

Sin embargo, otro tipo de endófitos han sido relacionados positivamente con la salud de sus plantas hospedantes al protegerlas frente al ataque de herbívoros, microorganismos patógenos e incluso daños abióticos. Se ha evidenciado que algunos de estos hongos beneficiosos segregan sustancias perjudiciales para patógenos u organismos plaga. Por otra parte, estos simbiontes podrían estimular los mecanismos de defensa de las plantas, haciéndolas por tanto más resistentes.

Entre los posibles mecanismos que la flora endófita podría ejercer para proteger a las plantas también se encuentra la ocupación de nichos nutricionales dentro de los tejidos, evitando así el acceso a estos nutrientes por parte de los organismos patógenos.

Perfil nutricional de los hongos endófitos

Para estudiar este tipo de mecanismos el equipo de investigadores del que forma parte la UPM ha analizado en detalle el perfil nutricional de uno de los hongos patógenos forestales más agresivos, el causante de la grafiosis del olmo, y lo ha comparado con el perfil nutricional de tres especies de hongos endófitos aislados de árboles sanos.

De las 190 fuentes nutricionales estudiadas, el hongo patógeno fue capaz de utilizar el 54%, mientras que dos de los tres endófitos fueron capaces de metabolizar un mayor número de fuentes de carbono (71 y 60%, respectivamente). El tercer endófito, sin embargo, solo metabolizó el 22% de las sustancias. Otros dos endófitos, que habían sido previamente identificados como agentes potenciales de biocontrol de la grafiosis, mostraron un perfil nutricional que se solapó en gran medida con el del patógeno, particularmente en el caso de algunas sustancias fundamentales para el metabolismo de los hongos como son los azúcares y ácidos grasos.

Además, todos los endófitos utilizaron las sustancias fenólicas con más eficiencia que el patógeno, lo cual sugiere que estos compuestos pueden ser importantes para la estrategia de vida de los endófitos. Este resultado respaldaría el papel sugerido de los compuestos fenólicos como compuestos defensivos de las plantas ante patógenos.

En conclusión, este estudio muestra que determinados endófitos probablemente compiten con los patógenos por las mismas fuentes de carbono en el interior de la planta. Por tanto, la actividad de estos hongos en el hábitat del patógeno (en este caso, el floema y xilema de los olmos) limitaría su crecimiento.

Referencia bibliográfica:

Blumenstein, K.; Albrectsen, B.R.; Martin, J.A.; Hultberg, M.; Sieber, T.N.; Helander, M.; Witzell, J. Nutritional niche overlap potentiates the use of endophytes in biocontrol of a tree disease. BIOCONTROL 60 (5): 655-667. DOI: 10.1007/s10526-015-9668-1. OCT 2015.

DEMOSTRADA LA CAPACIDAD DE ADAPTACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN CONDICIONES EXTREMAS

agenciasinc.es

Un estudio de la Universitat de València ha demostrado que las placas solares fotovoltaicas, más allá de un elemento físico que acumula microorganismos del aire o del polvo, también pueden alojar comunidades microbianas ricas, activas y adaptadas, con una gran variedad de bacterias y hongos. El Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva ha constatado la alta resistencia de algunas bacterias y su capacidad de adaptarse y colonizar entornos extremos.

Cultivos. / Manuel Porcar

Un trabajo realizado sobre nueve paneles solares situados en los tres campus de la Universitat de València apunta a que la comunidad microbiana existente en las placas fotovoltaicas es más parecida a la de un desierto cálido o polar, que a la de una ciudad mediterránea como Valencia. También se ha puesto de manifiesto que muchas de las bacterias identificadas en la investigación pueden tener importantes aplicaciones biotecnológicas.

Según los investigadores, la biocenosis estudiada (comunidad de organismos que ocupan un territorio definido por el cual están mutuamente condicionados para sobrevivir), “es más similar a los desiertos que a ningún ecosistema humano o ecosistema microbiano urbano”.

El trabajo es el primer enfoque que da como resultado una comunidad microbiana altamente diversa, estudiada en paneles solares. Un estudio publicado también recientemente, había demostrado la limitada diversidad de la comunidad microbiana en placas solares en Brasil, incluyendo algunos hongos que incluso obstaculizaban la eficiencia de las placas. 

El trabajo de campo en la Universitat de València demuestra que esta comunidad microbiana única existente en Valencia “tiene diferentes perfiles proteómicos durante el día y la noche; es dominada por los pigmentos rojizos y se adapta a resistir ciclos de altas temperaturas, desecación y radiación solar”.

La investigación, pre-impresa en la plataforma de Biología bioRxiv y abierta a comentarios y aportaciones, la firman Pedro Dorado-Morales (Institut Cavanilles); Cristina Vilanova (Biopolis, Parc Científic de la Universitat de València); Juli Peretó (Departament de Bioquímica i Biologia Molecular); Francisco M. Codoñer (Lifesequencing, Parc Científic); Daniel Ramon (Biopolis, Parc Científic); i Manuel Porcar (Institut Cavanilles i Fundació General Universitat de València).

Según destaca el investigador Manuel Porcar, “las bacterias más abundantes (Deinococcus, Hymenobacter, etc) no son los que se suelen encontrar en el ambientes urbanos, sino que son propios de desiertos cálidos o fríos (por ejemplo el Antártida o el desierto de Sonora, en México). En nuestros tejados, hemos encontrado por lo tanto una comunidad microbiana única caracterizada por su diversidad y por ser el primer desierto microbiano intraurbano”. 

Además, hay una alta resistencia de los microorganismos a altas concentraciones de sal; moderada y fuerte resistencia a baja acidez; y relativamente baja resistencia a la luz del sol o al calor. En el trabajo se identificaron 800 especies diferentes de bacterias en los paneles solares fotovoltaicos de la Universitat, y un año después, en el 2014, alrededor de 500. 

Manuel Porcar explica que se hizo un muestreo sistemático de las placas fotovoltaicas, tanto de día (con los paneles a más de 50ºC) como por la noche. “Hemos colectado su superficie con una especie de limpia-parabrisas estéril. Después, hemos verificado la resistencia a las duras condiciones de las placas (elevada irradiación, temperatura, deshidratación) de las bacterias aisladas, y hemos comparado el proteoma (conjunto de proteínas) durante la noche y el día. Podríamos decir que es el primer desierto microbiano intraurbano encontrado hasta ahora, lo cual es una clara muestra del poder de la selección natural de los seres vivos para adaptarse a las diferentes condiciones de la vida”.

Referencia bibliográfica:

Pedro Dorado-Morales, Cristina Vilanova, Juli Peretó, Francisco M. Codoñer, Daniel Ramón and Manuel Porcar."A highly diverse, desert-like microbial biocenosis on solar panels in a Mediterranean city" bioRxvid preprint first posted online October 22, 2015.

Doi: http://dx.doi.org/10.1101/029660

EL DIÓXIDO DE CARBONO DISPARA LA ABUNDANCIA DE ALGAS MICROSCÓPICAS

agenciasinc.es

Al contrario de lo que se pensaba hasta ahora, el aumento en los niveles de CO₂ está haciendo proliferar algunos tipos de microalgas que lo utilizan para crecer más rápidamente. Es el caso de los cocolitóforos, microalgas cubiertas de calcio, que en los últimos 45 años han multiplicado por diez su concentración en el Atlántico Norte. El cambio incontrolado en el jardín oceánico puede repercutir sobre el ciclo del carbono y, en último término, en la industria pesquera.

Muestra al microscopio de cocolitóforo recogida en el Atlántico Norte. / Amy Wyeth- Bigelow Laboratory for Ocean Sciences

Un alga marina microscópica prolifera a un ritmo que desafía las predicciones científicas y que puede tener importantes consecuencias para el almacenamiento del carbono atmosférico.    

En un estudio que publica la revista Science, investigadores de la Universidad Johns Hopkins advierten que la abundancia de cocolitofóridos –algas unicelulares recubiertas de carbonato cálcico– en el Atlántico Norte se ha multiplicado por diez en 45 años, del 2% a más del 20% entre 1965 y 2010.

Los científicos creen que tal incremento está relacionado con el aumento de los niveles de dióxido de carbono en el océano. Lo que no saben decir es si esta proliferación de microplancton será buena o mala para el planeta, pero seguro que tendrá efectos en el ciclo del carbono.

“Nuestro trabajo muestra un aumento en la presencia de un tipo de alga microscópica llamada cocolitóforo. Este tipo de microalga, como las plantas, realizan fotosíntesis, lo cual significa que toman el CO₂ y la energía solar para producir materia orgánica, crecer y reproducirse; pero tiene la peculiaridad de que, además, se rodea de un escudo de placas de carbonato de calcio, parecido a la tiza”, explica a Sinc la española Sara Rivero Calle, investigadora de la Universidad John Hopkins formada en la Complutense de Madrid, y autora principal del estudio.

Cuando esta alga muere, las placas de carbonato, al ser más pesadas, tienden a hundirse, lo cual es una forma de transportar carbono de la atmósfera al fondo del mar. En ese sentido, los cocolitóforos podrían ayudar a mitigar el problema del aumento de CO₂ en la atmósfera.

“Este fenómeno está ocurriendo en todo el Atlántico Norte y el Mar del Norte. En algunas zonas el incremento es incluso mayor. Hay otro estudios que apoyan nuestro hallazgo, pero en lugares puntuales”, añade la científica. Un ejemplo es un trabajo publicado este mismo año sobre las islas Bermudas que apuntaba un incremento del 37% en la cantidad de cocolitóforos con respecto a 1991.

Cambios en la productividad del océano

En el Atlántico Norte hay tres grupos de algas fitoplanctónicas principales: las diatomeas, los dinoflagelados y los cocolitóforos. Este trabajo y otros anteriores señalan que las poblaciones de diatomeas y dinoflagelados se han reducido enormemente desde 1960.

Según Rivero Calle, estas reducciones pueden deberse a varias razones, entre ellas, el calentamiento del océano y la reducción de nutrientes. “Permite que otros grupos con necesidades más flexibles de temperatura y nutrientes, como los cocolitóforos, puedan tener ciertas ventajas. Si, además, añadimos a esto que los niveles de CO₂ en el océano son mayores hoy que en los años 60, y que los cocolitóforos crecen más rápido cuando hay mayores concentraciones de CO₂, tenemos las condiciones perfectas para aumentar su presencia en el Atlántico”.

Sin embargo, lo que también saben los científicos es que cuando hay cambios en la base de la cadena trófica (el fitoplancton), esto repercute a su vez en la productividad del océano. “Entre otras cosas, determina qué tipos de pescado van a ser más abundantes, así que esto puede tener importantes consecuencias socioeconómicas para muchos países”, concluye la experta.

Los investigadores no pueden determinar con certeza qué pez se alimenta de los cocolitóforos, pero sí que una disminución en diatomeas es, probablemente, una mala noticia para la industria pesquera.

Según Rivero Calle, estas reducciones pueden deberse a varias razones, entre ellas, el calentamiento del océano y la reducción de nutrientes. “Permite que otros grupos con necesidades más flexibles de temperatura y nutrientes, como los cocolitóforos, puedan tener ciertas ventajas. Si, además, añadimos a esto que los niveles de CO₂ en el océano son mayores hoy que en los años 60, y que los cocolitóforos crecen más rápido cuando hay mayores concentraciones de CO₂, tenemos las condiciones perfectas para aumentar su presencia en el Atlántico”.

Sin embargo, lo que también saben los científicos es que cuando hay cambios en la base de la cadena trófica (el fitoplancton), esto repercute a su vez en la productividad del océano. “Entre otras cosas, determina qué tipos de pescado van a ser más abundantes, así que esto puede tener importantes consecuencias socioeconómicas para muchos países”, concluye la experta.

Los investigadores no pueden determinar con certeza qué pez se alimenta de los cocolitóforos, pero sí que una disminución en diatomeas es, probablemente, una mala noticia para la industria pesquera.

Bombas de carbono

Un segundo estudio, publicado también en Science, utiliza los corales de las profundidades para valorar cómo ha cambiado la abundancia del plancton en el Pacífico Norte durante el último milenio. Un equipo internacional de investigadores midió la huella que dejan los aminoácidos del fitoplancton en el esqueleto de los corales, y de esta forma pudieron determinar distintos periodos en los que unos u otros microorganismos han dominado las aguas.

En una primera transición, las cianobacterias que no fijan el nitrógeno dieron paso a las microalgas eucariotas. Después, hacia el principio de la era industrial, hubo otra transición hacia una comunidad de cianobacterias fijadoras de nitrógeno.

Según el estudio, mientras que la primera transición duró más de 600 años, la segunda, más reciente, se produjo en menos de 200 años.

Algunas de estas bacterias son muy eficientes eliminando el dióxido de carbono de la atmósfera. Por eso, el autor principal, Kelton McMahon, de la Universidad de California en Santa Cruz, cree que la tendencia actual podría dar lugar a un sistema cada vez mayor de bombas de carbono en los océanos.

Referencias bibliográficas:

Sara Rivero-Calle, 1,2* Anand Gnanadesikan, 1 * Carlos E. Del Castillo, 1,3 William Balch, 4 Seth D. Guikema5. “Multidecadal increase in North Atlantic coccolithophores and the potential role of rising CO2” Science 26 de noviembre de 2015, 10.1126/science.aaa8026.

Kelton W. McMahon, Matthew D. McCarthy, Owen A. Sherwood, Thomas Larsen, Thomas P. Guilderson. “Millennial-scale plankton regime shifts in the subtropical North Pacific Ocean”, Science 26 de noviembre de 2015, 10.1126/science.aaa9942. 

MICROALGAS QUE SE ALIMENTAN DE PURINES DE GRANJAS PORCINAS

agenciasinc.es

Los microorganimos pueden crecer alimentándose solo de purines de granjas porcinas (restos de excrementos sólidos y líquidos), sin necesidad de utilizar otros fertilizantes que encarecen el proceso de crecimiento. Esta es la conclusión de un experimento realizado en condiciones reales por investigadores de la Universidad de Almería para quienes el uso de efluentes líquidos abarata la producción y contribuye al tratamiento de estos desechos agrícolas de difícil gestión.

El concentrado de purines se añade al agua de cultivo. / Fundación Descubre

Las microalgas pueden crecer en condiciones reales, al aire libre, en aguas residuales procedentes de explotaciones porcinas como única fuente de nutrientes. En este medio de cultivo, los microorganismos verdes encuentran el nitrógeno y fósforo necesarios para su desarrollo que, de lo contrario, tienen que añadirse a través de fertilizantes que encarecen el proceso de producción y no resultan respetuosos con el medio ambiente. Así lo demuestran en la revista Algal Research expertos del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Almería (UA).

Con el uso de estos efluentes líquidos, que se han introducido por primera vez en el cultivo de microalgas, los investigadores reducen los costes y contribuyen al tratamiento de residuos agrícolas. Además, mejoran los procesos para generar materias primas, como biofertilizantes o biocombustible, a partir de microalgas.

Al igual que las plantas, los microorganismos acuáticos necesitan para su crecimiento, además de agua y luz solar, nitrógeno, fósforo y dióxido de carbono. Este último procede, en su mayoría, de gases de combustión industriales que las microalgas toman de la atmósfera, según apuntan los investigadores.

Por el contrario, el nitrógeno y el fósforo se suelen añadir al agua de cultivo como complemento para acelerar el crecimiento. "La fabricación de estos fertilizantes es un proceso costoso que lleva asociado un consumo elevado de energía. El fósforo, además, es un recurso que ya empieza a agotarse. Por lo tanto, su uso ni es viable, a nivel económico, ni sostenible con el medio ambiente”, explica José María Fernández-Sevilla, uno de los autores de este estudio de la UA.

Para resolver este problema, los expertos proponen combinar la producción de microalgas con el tratamiento de aguas residuales procedentes de granjas de cerdos. Según los investigadores, los purines de estos animales (restos de excrementos sólidos y líquidos), se caracterizan por presentar concentraciones muy elevadas de nitrógeno y fósforo que las plantas de tratamiento de residuos son incapaces de procesar.

“Una de las razones por las que decidimos trabajar con estos restos orgánicos es, precisamente, por su toxicidad, que causa graves problemas medioambientales. La urea procedente de los residuos porcinos, por ejemplo, se transforma en amoniaco con niveles de alcalinidad capaces de provocar quemaduras en la vegetación, como ocurre en zonas donde hay concentración de explotaciones porcinas", señala el científico.

En busca de la concentración adecuada

Para obtener los niveles adecuados a las microalgas, los científicos aplicaron diversos tratamientos a los residuos hasta conseguir un concentrado líquido que añadieron al agua de cultivo en distintas proporciones. "Probamos diferentes diluciones, desde un 2% hasta un 40% de concentrado de purines. Determinamos que la cantidad idónea para la producción es del 30%. Por encima de este valor, la velocidad de crecimiento y la concentración de microalgas disminuyen", confirma el investigador almeriense.

El uso de purines no sólo evita la fabricación de fertilizantes basados en nitrógeno y fósforo. También aporta una solución respetuosa con el medio ambiente al problema de los desechos. "Con el nitrógeno de estos efluentes se produce biomasa de microalgas, un producto rico en materia orgánica que, entre otras aplicaciones, sirve para fabricar biofertilizantes. Estos abonos, a su vez, regresan al medio ambiente a través de la agricultura. Es como cerrar un ciclo, el del nitrógeno, que repercute de forma positiva en el ecosistema", argumenta el experto.

Para el investigador, la posibilidad de producir biodiésel y biofertilizantes es una de las ventajas del uso de purines. “Debido a su toxicidad, esta biomasa no se puede utilizar en campos como la alimentación, acuicultura o el sector farmacéutico. Sin embargo, con la elaboración de abonos y combustibles ‘bios’, la utilización de estos efluentes deja de ser una desventaja”, afirma.

Reactores con forma de tobogán

Para las pruebas, realizadas en la Estación Experimental Cajamar Las Palmerillas de Almería, los científicos escogieron una microalga de agua dulce, Scenedemus sp., por su robustez y alta productividad. Como novedad, se utilizó para su cultivo un reactor de capa fina, una especie de tobogán acuático, aunque con menor pendiente, donde los microorganismos se crían al aire libre.

Según los expertos, la diferencia de estos reactores respecto a otros modelos es su bajo coste y su escasa profundidad, un centímetro, lo que reduce la cantidad de agua del cultivo y aumenta su concentración. “Para obtener la biomasa, hay que separar las microalgas del líquido. El método más utilizado es la centrifugación, que conlleva un gasto energético enorme. Pero, si en lugar de procesar mil litros de agua, se trabaja sólo con 200, evidentemente consumiremos menos energía y reduciremos costes”, subraya Fernández-Sevilla.

Los reactores de capa fina también se distinguen por su mayor productividad. “En este dispositivo, con un 30% de concentrado de purines, la cantidad de biomasa generada fue de 42 gramos al día. Mientras, en otros modelos, solo se alcanzaron los 24 gramos al día. A mayor productividad, menor energía consumida y menor gasto”,  indica el investigador.

A partir de este proyecto, financiado por la Consejería de Economía y Conocimiento de la Junta de Andalucía y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), los investigadores se plantean, por un lado, ampliar la proporción de purines y, por otro, aplicar estos procesos a otros residuos industriales para mejorar la producción de biomasa.

Referencia bibliográfica:

María del Mar Morales-Amaral, Cintia Gómez-Serrano, Gabriel Acién, José M. Fernández-Sevilla, E. Molina-Grima (2015). "Outdoor production of Scenedesmus sp. in thin-layer and raceway reactors using centrate from anaerobic digestion as the sole nutrient source". Algal Research 12 (2015) 99–108. http://dx.doi.org/10.1016/j.algal.2015.08.020

UN INSECTO COMO VECTOR DEL HONGO QUE AFECTA A LOS PINOS DEL NORTE DE ESPAÑA

agenciasinc.es

El insecto coleóptero (Tomicus piniperda), una de las especies conocidas vulgarmente como barrenillos, podría ser el vector del hongo Fusarium circinatum que causa el chancro resinoso de los pinos en el norte de España . La enfermedad afecta actualmente a plantaciones de pino insigne y pino marítimo en Castilla y León, Cantabria, País Vasco, Navarra, Asturias y Galicia. Así lo confirman científicos de la Universidad de Valladolid.

El hongo patógeno Fusarium circinatum al microscopio./ Diana Bezos

Científicos del Instituto Universitario de Investigación en Gestión Forestal Sostenible (IUGFS) de la Universidad de Valladolid (UVa) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), situado en el Campus de Palencia, han publicado en la revista Annals of Forest Science una investigación en la que apuntan al insecto coleóptero Tomicus piniperda, una de las especies conocidas vulgarmente como barrenillos, como posible vector del hongo que causa el chancro resinoso de los pinos en el norte de España, Fusarium circinatum.

La enfermedad afecta actualmente a plantaciones de pino insigne Pinus radiata y pino marítimo Pinus pinaster en Castilla y León, Cantabria, País Vasco, Navarra, Asturias y Galicia. Su principal síntoma es la presencia de chancros con abundante resina tanto en el tronco como en las ramas que pueden provocar la muerte del árbol, por rotura del tronco o por desecación de la copa.

Fusarium circinatum, su agente causante, es un hongo fitopatógeno que entra al árbol a través de heridas de origen biótico (relacionadas con la propia naturaleza), como las horadadas por los barrenillos, o de origen abiótico (ajenas a la naturaleza), como las heridas de poda, y va avanzando por los tejidos del árbol liberando enzimas fitotóxicas y micotoxinas que necrosan los tejidos.

La investigadora del IUGFS Dianza Bezos trabaja desde hace cinco años, en el marco de su tesis doctoral, en el estudio de los factores que afectan a la epidemiología de Fusarium circinatum en el norte de España, bajo la dirección de los profesores Julio Díez Casero y Mercedes Fernández.

Según detalla Bezos, “el interés en estudiar la epidemiología de este patógeno reside en la importancia que tiene tanto la distribución de esta enfermedad a lo largo del mundo como el número de árboles afectados".

Son muchos los factores que facilitan la distribución del patógeno aumentando así la incidencia de la enfermedad y, entre ellos, la investigadora destaca el papel de lo barrenillos que, al alimentarse y criar bajo la corteza de los pinos o en el interior de las ramas de pinos infectados por el patógeno, dispersan las esporas del patógeno, siendo, en muchas ocasiones, capaces de inocularlo en árboles sanos.

Toma de datos y muestreo en parcelas de Cantabria

En primer lugar, los investigadores llevaron a cabo una toma de datos y un muestreo en campo en parcelas de pino insigne en Cantabria afectadas por la enfermedad. La toma de datos consistió en una observación de los síntomas de la enfermedad en estas parcelas, que resultaron tener relación con la presencia de heridas de poda en el tronco del árbol. Por otro lado, el muestreo se basó en recoger barrenillos de diferentes especies y estudiar los hongos que llevaban asociados, centrándose en el género de hongos del patógeno (Fusarium).

A partir de los datos obtenidos en este muestreo inicial, el equipo científico decidió estudiar las dos especies de insectos que parecían tener un papel más relevante en la dispersión de Fusarium circinatum: Tomicus piniperda y Pityophthorus pubescens.

“El trabajo pone de manifiesto la posibilidad de que T. piniperda sea un vector de F. circinatum en nuestro área de estudio. Esto indica que esta especie podría transportar el patógeno y más tarde inocularlo tanto bajo la corteza como en el interior de los ramillos de copa. En esta línea, la alimentación de maduración y la invernación son los momentos más susceptibles para la inoculación del patógeno", subraya.

Mientras, Pityophthorus pubescens mostró una asociación débil con F. circinatum en el área de estudio. De este modo, “el papel de T. piniperda parece ser más importante en nuestra área de estudio que el de P. pubescens, debido a la alimentación que el primero lleva a cabo en árboles sanos", agrega.

Poda no recomendada en las plantaciones afectadas

Conocer en profundidad los factores que afectan a la epidemiología de Fusarium circinatum tiene además implicaciones económicas, ya que la especie de pino más susceptible a esta enfermedad, Pinus radiata, es muy rentable en lo que a producción de madera se refiere. Tiene un crecimiento muy rápido y se caracteriza por la rectitud de sus fustes, y la presencia del patógeno en estas plantaciones provoca grandes pérdidas económicas en la industria maderera.

El estudio ha permitido comprobar que la presencia de heridas de poda aumenta el riesgo de infección por el patógeno, lo que incrementaría la presencia de chancros y de deformación en el tronco. Por ello, asegura la investigadora, “la poda no es recomendable en plantaciones afectadas por la enfermedad, ya que la deformación causada por los chancros haría los troncos inservibles en la industria maderera".

Para seguir avanzando en esta línea, la científica cree que sería importante estudiar otras especies de barrenillos presentes en las plantaciones de pino insigne. Asimismo, destaca el interés en profundizar en el estudio del clima.

“La presencia de nieblas, la elevada humedad ambiental y la cercanía de las plantaciones a la costa son factores determinantes para la distribución de la enfermedad en todo el mundo y también en nuestro país, por lo que habría que centrar esfuerzos en el estudio del clima y su relación con la enfermedad, especialmente en un escenario de cambio climático en el que tanto plagas como enfermedades pueden aumentar su distribución", recalca. Finalmente, subraya la importancia de enfocar la gestión de las masas forestales a solucionar los problemas asociados a la enfermedad.

Referencia bibliográfica:

Bezos, D., Martínez-Álvarez, P., Diez, J.J., Fernández, M.M. (2015). “The pine shoot beetle Tomicus piniperda as a plausible vector of Fusarium circinatum in northern Spain". Annals of Forest Science DOI: 10.1007/s13595-015-0515-4.

EL DESIERTO DE ATACAMA, UN HOGAR ACOGEDOR PARA ALGAS Y CIANOBACTERIAS

agenciasinc.es

La estructura que tienen algunas rocas del desierto de Atacama (Chile) permite la existencia de ecosistemas complejos en su interior, según un estudio del Museo Nacional de Ciencias Naturales. Para protegerse de los rayos ultravioletas las algas producen carotenoides y las cianobacterias escitonemina, sustancias que podrían usarse para desarrollar protectores solares. 

El lago seco de Atacama, en Chile. En el horizonte, el volcán Licancabur /  Francesco Mocellin

Investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) han descubierto cómo algunas rocas del desierto de Atacama (Chile), el lugar más seco y más irradiado por el sol del planeta, tienen una arquitectura que las hace habitables. “Arquitectura habitable es el término que hemos escogido para para definir la estratificación interna de las rocas que hace posible la vida de algas y cianobacterias”, explica el investigador del MNCN Jacek Wierzchos. Esta ‘arquitectura habitable’ permite que haya varios ecosistemas microbianos colonizando el interior de una misma roca como estrategia de supervivencia en un ambiente extremadamente árido e irradiado.

Los microorganismos endolíticos, que viven dentro de las rocas, necesitan muy pocos recursos para sobrevivir. Son los únicos capaces de evitar condiciones extremas como las que se dan en el desierto de Atacama. “Gracias a esta investigación hemos demostrado por primera vez la presencia de vida endolítica estratificada dentro de las rocas. Los microorganismos se distribuyen a diferentes profundidades dentro de la roca, dando lugar a ecosistemas complejos”, explica Wierzchos.

“Es como si las rocas fueran edificios perfectamente acondicionados a las necesidades de sus habitantes, algas y cianobacterias”, aclara la investigadora del MNCN Carmen Ascaso, que también firma el artículo.

Las rocas compuestas de yeso que se describen tienen una capa externa que actúa como una carcasa que permite que la escasa agua atmosférica se filtre al interior pero dificulta su evaporación. Dentro de la roca, en la parte superior, o criptoendolítica, se acumula vapor de agua mientras en la inferior, o hipoendolítica, se acumula agua líquida. Así, en la parte superior se crea un ambiente apto para las algas, mientras en la parte inferior se acomodan las cianobacterias.

Estos son los dos microhábitats de la roca que más luz reciben, la primera por radiación directa y la segunda por difusión de la luz reflejada en el suelo. En el estrato intermedio, si aparecen acumulaciones de sepiolita (mineral que absorbe el agua), también encontramos cianobacterias.

Dado que el nivel de radiación en Atacama es muy elevado, tanto las algas de la zona superior como las cianobacterias que se alojan cerca del suelo necesitan protegerse del exceso de rayos ultravioletas. Las primeras lo hacen produciendo carotenoides, mientras las segundas producen escitonemina, un pigmento orgánico que todavía no se ha logrado sintetizar.

“Quizá estas estrategias para crear protectores solares naturales nos puedan servir para desarrollar aplicaciones biotecnológicas”, apuntan los investigadores.

Esquema de la estructura interna de las rocas de yeso y su arquitectura habitable / Jacek Wierzchos

Explorando los límites de la vida

Anualmente en la parte estudiada del desierto de Atacama caen al año alrededor de 27 litros de lluvia por metro cuadrado, la mitad del agua que cae en el desierto de Mojave,  Valle de la Muerte (EE.UU.). Es además el lugar de la Tierra que más radiación solar soporta.

Estos datos lo convierten en lugar más seco e irradiado del planeta, un laboratorio natural para explorar los límites de la vida y las estrategias de los microorganismos para adaptarse a ambientes extremos. De hecho, este grupo de investigadores, que lleva años estudiando microorganismos endolíticos en los desiertos, colabora en el proyecto Habitable Worlds Program 2015 que coordina la NASA y donde uno de los objetivos es caracterizar la vida microbiana en ambientes extremos terrestres análogos de Marte.

Imre E. Friedmann con su esposa Roseli Ocampo fueron los pioneros en  hallar e investigar los microorganismos dentro de las areniscas de la Antártida. Al principio sus estudios no tuvieron mucha repercusión en el mundo científico hasta que en 1976, a través de un artículo en Science, pusieron en duda los primeros resultados de la sonda Viking enviada a Marte en el mismo año.

Los datos obtenidos por la sonda indicaban que no había vida en el planeta rojo. Sin embargo, los experimentos llevados a cabo por la Viking en Marte  fueron realizados también  en las areniscas de los Valles Secos de la Antártida y tampoco detectaron la presencia de comunidades microbianas pese a que estas comunidades existen en los Valles Secos.

En la actualidad los miembros del Grupo EcoGeo (Ecología Microbiana y Geomicrobiología del Sustrato Lítico) del MNCN C. Ascaso, A. de los Ríos y J. Wierzchos, siguen realizando estudios en los desiertos más hostiles del planeta para caracterizar la vida microbiana.  

    

Referencia bibliográfica:

Jacek Wierzchos, J., DiRuggiero, J., Vítek, P., Artieda, O., Souza-Egipsy, V., Škaloud, P., Tisza, M., Dávila, A.F., Vílchez, C., Garbayo, I. and Ascaso, C.  2015. Adaptation strategies of endolithic chlorophototrophs to survive the hyperarid and extreme solar radiation environment of the Atacama Desert. Frontiers in Microbiology DOI: 10.3389/fmicb.2015.00934

DESCUBREN MÁS MICROORGANISMOS QUE METABOLIZAN EL METANO

noticiasdelaciencia.com

Los libros de texto sobre los organismos que metabolizan el metano podrían tener que ser reescritos debido al hallazgo que unos científicos han hecho de dos arqueas con esta capacidad. El descubrimiento es doblemente importante porque con él se revela que estos microorganismos desempeñan un papel relevante, aunque por ahora poco conocido, en las emisiones y consumo de este gas con efecto invernadero.

Paul Evans analizando una comunidad microbiana procedente de un acuífero de una veta profunda de carbón. (Foto: University of Queensland)

El equipo de Gene Tyson y Paul Evans, de la Universidad de Queensland en Australia, tomó muestras de los microorganismos en el agua de un acuífero de una veta profunda de carbón, a 600 metros por debajo de la superficie terrestre, en la cuenca de Surat, cerca de Roma, Queensland, y reconstruyó los genomas de los organismos capaces de metabolizar metano.

Tradicionalmente, estos tipos de organismos que metabolizan metano pertenecían a un único grupo de arqueas llamado Euryarchaeota. Sin embargo, los nuevos organismos metabolizantes del metano descubiertos por el equipo de Tyson pertenecen a un grupo de arqueas conocido como Bathyarchaeota, que es evolutivamente distintos y cuyas especies se hallan en una amplia gama de entornos, incluyendo los sedimentos del fondo del mar y de lagos de agua dulce y similares.

Información adicional

EL MECANISMO DE LOS HONGOS PARA INFECTAR PLANTAS, UNA CUESTIÓN DE SEXO

agenciasinc.es

¿Cómo infectan los hongos parásitos a las plantas del tomate? Es una pregunta que preocupa a millones de agricultores. Pero un equipo de la Universidad de Córdoba ha descubierto el mecanismo: estos patógenos utilizan la misma ruta para detectar señales sexuales como guías para localizar las tomateras, es decir, que para alcanzar las raíces de las plantas y comenzar la colonización, emplean el mismo proceso que para reproducirse.

Hongo Fusarium oxysporum colonizando la raíz de una tomatera. / Antonio Di Pietro

Investigadores del departamento de Genética de la Universidad de Córdoba y del Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario ceiA3 describen por primera vez con detalle y pruebas el mecanismo empleado por los hongos patógenos para localizar e infectar las plantas. Según los científicos, es una cuestión de sexo.

Tras cinco años de investigación, el equipo de Antonio Di Pietro ha detectado que los hongos se dejan guiar por unas señales que emite la planta para alcanzar sus raíces y comenzar su colonización, empleando para ello el mismo mecanismo que usarían para reproducirse. Estas conclusiones, publicadas en la revista Nature, pueden tener implicaciones en la forma de tratar estos agentes patógenos.

Los hongos parásitos provocan pérdidas de importancia en la agricultura mundial y son más difíciles de controlar que otras plagas, como las de bacterias. El descubrimiento puede contribuir ahora al desarrollo de tratamientos fungicidas más eficientes.

Los científicos han descubierto la vía de infección del hongo en uno de los cultivos hortícolas más comunes del planeta, el del tomate: una señal que el agente infeccioso detecta en pleno subsuelo y le permite dirigir su crecimiento hasta llegar a la raíz de la planta y causarle daño.

El hongo parásito de las tomateras no solo utiliza esa señal química para llegar hasta su objetivo, sino que el mecanismo molecular es, además, inesperado. El hongo, de la especie Fusarium oxysporum, dirige su crecimiento hasta alcanzar la raíz de la planta empleando los mismos sistemas de identificación que usaría para responder a un reclamo sexual.

A través de los receptores con los que detecta unas señales reproductivas denominadas feromonas, descubre otras proteínas que la planta secreta en el subsuelo. De este modo, las raíces de los vegetales actúan como faros en la obscuridad, permitiendo al microorganismo que dirige su hasta entonces desnortado crecimiento hacia ellos y propiciando, en última instancia, su infección y destrucción.

Ya desde el siglo XIX, los botánicos sospechaban que los hongos patógenos empleaban algún tipo de mecanismo para alcanzar la planta que colonizaban, pero hasta ahora no había sido descrito. Así lo sugería el alemán Anton de Bary, pionero de la fitopatología, en un manual de 1884 que el investigador principal de este hallazgo, Antonio Di Pietro, llegó a consultar al comenzar este trabajo.

Crecimiento dirigido

Los hongos no tienen capacidad de desplazamiento por sí mismos, como les pasa a los animales, sino, más parecidamente a las plantas, tienen que orientar su crecimiento para captar recursos. Para estudiar el crecimiento dirigido, el grupo de Di Pietro experimentó en hongos que afectan al cultivo del tomate con diferentes reclamos.

En una placa de Petri se situaron colonias de la especie patógena y se introdujo dos pocillos: en uno había substancias que podrían atraer al hongo y en el otro, agua, como elemento de control. Estas substancias eran glucosa y feromona. La primera proporciona energía al organismo. La segunda es una pequeña proteína que se emite en el proceso de reproducción sexual y está ampliamente descrita en la levadura del pan (Saccharomyces cerevisiae), una especie fúngica modelo en investigación científica. Finalmente, también se introdujeron raíces de tomatera para observar las reacciones del parásito.

Los hongos dirigieron su crecimiento no sólo hacia el compuesto que les proporciona nutrientes, la glucosa, sino también hacia el reclamo sexual y las raíces de tomate. Los investigadores habían demostrado este crecimiento dirigido, denominado científicamente quimiotropismo.

“Sin embargo, aunque el hallazgo era ya relevante, puesto que solo se conocía quimiotropismo en pocos casos en la naturaleza y sólo uno entre hongos, no quisimos quedarnos ahí. Teníamos un hallazgo que consideramos que alcanzaría un impacto notorio y de relevancia científica y proseguimos la investigación”, explica Di Pietro.

Una vez se pudo medir el crecimiento dirigido en Fusarium oxysporum, se buscó la manera en la que el hongo lo desarrollaba. A partir de un abordaje genético, los científicos analizaron los genes que podrían estar vinculados con este proceso y descubrieron un hecho inesperado.

Primero, identificaron dos rutas metabólicas. Una era propia de la obtención de alimento y estaba vinculada a la señal química de la glucosa y su detección por el microorganismo. La otra ruta es la que utiliza el hongo para captar feromonas sexuales durante el apareamiento. Sorprendentemente, los hongos a los que se les había bloqueado el receptor de las feromonas tampoco respondían al estímulo de la raíz del tomate.

El equipo descubrió, además, que en este proceso desempeñaban un papel importante unas enzimas vegetales denominadas peroxidasas, previamente conocidas determinantes del crecimiento y la protección de las plantas.

Las plantas, al eclosionar de la semilla y crecer, secretan estas peroxidasas para desarrollarse y defenderse en un ambiente hostil. “Con ello abren la puerta también a los hongos que la pueden colonizar”, señala Di Pietro.

Los científicos identificaron tres de estas peroxidasas que son como carteles luminosos en una carretera a obscuras para el hongo. Estimulando al hongo con peroxidasas obtenidas de la raíz de la planta, los investigadores pudieron confirmar que estas proteínas actuaban como atrayentes y, por tanto, comprobar la diana química que empleaba el hongo para dirigir certeramente su crecimiento hacia la planta que quiere invadir.

Nuevos tratamientos antifúngicos

El hallazgo de esta vía molecular abre la puerta a nuevos tratamientos antifúngicos. Uno podría ir encaminado a bloquear la actividad de estas peroxidasas en los cultivos afectados por Fusarium oxysporum. Además del tomate, este hongo ataca a más de cien cultivos diferentes, como el plátano, el melón y el garbanzo, entre otros.

Otro método podría dirigirse al bloqueo del sistema de recepción de estas señales en el hongo, por medio de un nuevo tipo de fungicida. El investigador de la UCO advierte, además, de una doble perspectiva de este trabajo: “Es posible que no solo utilicen esta vía los hongos patógenos para llegar a sus hospedadores, sino también los hongos micorrizas para alcanzar las plantas con las que desarrollarán una simbiosis beneficiosa para ambos”.

Referencia bibliográfica:

David Turrà, Mennat El Ghalid, Federico Rossi y Antonio Di Pietro. "Fungal pathogen uses sex pheromone receptor for chemotropic sensing of host plant signals". Nature. 2015. DOI: 10.1038/nature15516

NANORREDES ELÉCTRICAS NATURALES CONECTANDO ARQUEAS CON BACTERIAS

noticiasdelaciencia.com

Se podría decir que algunos microorganismos, cuando necesitan energía, simplemente enchufan un cable a una toma de corriente. Estas células pueden satisfacer sus necesidades de energía en forma de electricidad a través de conexiones mediante nanocables naturales.

Imagen obtenida mediante microscopia electrónica, en la que aparecen los nanocables conectando arqueas y bacterias. La barra blanca de escala representa la longitud de un micrómetro. Las flechas señalan los nanocables. Con la letra “A” se identifica a una arquea, y con la “H” a una bacteria. (Foto: MPI f. Biophysical Chemistry)

Unos investigadores han descubierto estas singulares redes naturales de suministro de electricidad, posiblemente las redes eléctricas más pequeñas del mundo, al examinar aglomeraciones celulares de microorganismos que degradan el metano. En las redes intervienen dos tipos de microorganismos unicelulares muy diferentes, que pueden degradar conjuntamente el metano. Los científicos han descubierto conexiones catalogables como cables interconectando a estas criaturas, una infraestructura esencial en los intercambios de energía.

El descubrimiento de un cableado eléctrico entre microorganismos empleando hierro como fuente de energía, en 2010, fue un hallazgo científico espectacular. De inmediato, surgió la pregunta de si el intercambio de energía eléctrica es habitual en otras reacciones químicas en las que intervienen microbios. Uno de los procesos en cuestión era la oxidación anaeróbica de metano (AOM, por sus siglas en inglés), que es responsable de la degradación de dicho gas de efecto invernadero en el lecho oceánico, y que por tanto tiene una gran relevancia para el clima terrestre. Los microorganismos implicados fueron descritos por vez primera en 2000, y desde entonces estos han sido ampliamente estudiados.

En el océano, el metano se produce por la descomposición de la biomasa muerta en los sedimentos bajo la superficie del fondo marino. El metano se eleva hacia dicho suelo, pero antes de alcanzar la columna de agua es degradado por un tipo especial de comunidad de arqueas y bacterias. Las arqueas toman el metano y lo oxidan para obtener carbonato. En el proceso, transmiten energía a sus bacterias asociadas.

El equipo de Gunter Wegener y Viola Krukenberg, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, se centró en una de estas comunidades de arqueas y bacterias cuya subsistencia se basa en la oxidación anaeróbica de metano. Estos microorganismos viven en un entorno a 60 grados centígrados.

Resultó muy difícil averiguar cómo se realizaba la transferencia de energía.

Usando microscopía electrónica en cultivos termofílicos AOM, se constató la existencia de conexiones directas canalizando electrones entre las células. También se han encontrado todos los genes necesarios para la biosíntesis de los filamentos celulares que conectan a las células. Solo cuando se añade el metano como fuente de energía se activan estos genes y se forman los cables que conectan a las bacterias con las arqueas.

Con una longitud de varios micrómetros, los cables pueden exceder en mucho la propia de las células, pero su diámetro tiene solo unos pocos nanómetros.

Información adicional

LOS VIRUS TIENEN VIDA SOCIAL

agenciasinc.es

Algunos virus infectan las células en grupo, lo que les permite establecer relaciones entre ellos y ayudarse para atacar mejor. Así lo indica una nueva investigación de la Universidad de Valencia. 

Grupo de Investigación-Autores del artículo. Autor: UCC+i

Para los científicos es fundamental comprender la estructura genética de los virus. Tradicionalmente, los virólogos han tratado de purificar virus mediante el aislamiento de partículas individuales. Sin embargo, esta aproximación “no es necesariamente válida porque ignora la dimensión social de los virus”, explica Rafael Sanjuán, investigador de la Universidad de Valencia.

Las interacciones sociales entre bacterias fueron descubiertas hace años y han cambiado la percepción de estos microbios. Ahora, Sanjuán lidera un nuevo estudio que pone en evidencia la dimensión social de los virus. Los resultados, que se publican hoy en la revista Cell Hueste & Microbe, revelan que los virus establecen interacciones importantes para entender y combatir mejor las infecciones causadas por estos microorganismos.

Comprender las infecciones

 El científico, junto con su equipo del Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva, ha combinado técnicas de aislamiento celular con otras de secuenciación ultraprofunda. “Caracterizando la estructura genética y la diversidad del RNA de los virus, demostramos que las unidades infecciosas individuales están constituidas por genomas virales genéticamente múltiples”, explica Sanjuán. La investigación demuestra, además, que las partículas virales “interactúan funcionalmente”, añade.

Sanjuán destaca que la tasa de mutación viral espontánea varía dependiendo de las células individuales, mientras que la producción temprana de diversidad depende de la generación viral desde el primer momento de la infección de la célula.

De este modo, los resultados de este estudio muestran que la selección natural “facilita el funcionamiento en grupo de los virus en relación a su colocación en la misma célula”, según Sanjuán, quien recuerda que su trabajo descubre “características genéticas y estructurales de los virus a nivel individual, pero con implicaciones para la evolución y diversidad viral”.

Referencia bibliográfica:

Marine Combe, Raquel Garijo, Ron Geller, José M. Cuevas, Rafael Sanjuán. 2015. Single-Cell Analysis of RNA Virus Infection Identifies Multiple Genetically Diverse Viral Genomes within Single Infectious Units. Host Cell & Microbe

¿LOS VIRUS SON SERES VIVOS?

noticiasdelaciencia.com

Tradicionalmente, los virus han sido difíciles de clasificar para la biología. Poseen algunos de los rasgos esenciales de toda forma de vida, pero no otros. Esto último ha hecho que se tienda a considerarlos más bien como fragmentos de maquinaria bioquímica. Esta visión de los virus puede que comience a cambiar de manera drástica ahora, con motivo de los resultados del estudio realizado por el equipo de Gustavo Caetano-Anollés, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos.

Los diversos atributos físicos, tamaños de genoma y estilos de vida de los virus los hacen difíciles de clasificar. El nuevo estudio se ha basado en pliegues de proteínas para evidenciar que los virus son entidades vivas que pertenecen a su propia rama del árbol genealógico evolutivo. (Imagen: Julie McMahon)

Parte de la confusión sobre si los virus son o no entes vivientes surge de su abundancia y diversidad. Hasta ahora se han identificado y secuenciado menos de 4.900 virus, a pesar de que los científicos estiman que existen más de un millón de especies víricas. Muchos virus son diminutos, bastante más pequeños que las bacterias u otros microbios, y contienen apenas un puñado de genes. Pero otros, como los mimivirus, descubiertos no muchos años atrás, son de tamaño enorme, y con genomas más grandes que los de algunas bacterias.

El nuevo análisis apoya la hipótesis de que los virus son entidades vivientes que comparten una larga historia evolutiva con las células. El estudio ofrece además el primer método fiable para hacer un seguimiento de la evolución vírica hasta la época en que ni los virus ni las células existían en las formas que hoy en día se reconocen.

El nuevo estudio se centró en el enorme repertorio de estructuras llamadas pliegues de proteínas que están codificados en los genomas de todas las células y virus. Estos pliegues son los bloques de construcción estructurales de las proteínas, dándoles sus formas tridimensionales complejas. Comparando las estructuras de pliegues a lo largo de las diferentes ramas del árbol de la vida, los investigadores pueden reconstruir las historias evolutivas de los pliegues y de los organismos cuyos genomas codifican para ellas.

Los investigadores eligieron analizar pliegues de proteínas porque las secuencias que codifican genomas víricos son objeto de cambios rápidos; su alta tasa de mutación puede oscurecer señales evolutivas profundas. Los pliegues de proteínas son mejores marcadores de sucesos biológicos antiguos porque sus estructuras tridimensionales pueden ser mantenidas incluso cuando las secuencias que las codifican empiezan a cambiar.

DESCIFRAN CÓMO ERA EL ANCESTRO COMÚN DE HONGOS, ANIMALES Y OTROS ORGANISMOS UNICELULARES

noticiasdelaciencia.com

Desde hace tiempo, los científicos creen que organismos diferentes sometidos a una misma presión selectiva ambiental pueden evolucionar independientemente y llegar a un resultado similar. Es lo que se conoce como evolución convergente, o paralela. Aunque se han expuesto muchos posibles ejemplos, realmente no había evidencia genética más que de unos pocos casos.

Imagen de Ministeria vibrans, uno de los organismos estudiados. (Foto: Iñaki Ruiz-Trillo, Multicellgenome lab)

Esta semana, en una investigación dirigida por Iñaki Ruiz Trillo, profesor de investigación ICREA en el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) (España) y que se publica en Current Biology, revista del grupo Cell, los científicos aportan la primera evidencia genética de evolución convergente en organismos cercanos a los animales y los hongos. Los microorganismos estudiados pertenecen a los opistocontos, un gran linaje de eucariotas que incluye animales, hongos y formas unicelulares.

Los científicos han secuenciado y analizado el transcriptoma (el ARN mensajero) de varios de esos organismos unicelulares (protistas), algunos de ellos muy poco conocidos y difíciles de hallar en la naturaleza. Los resultados demuestran que varios de los organismos que actualmente no tienen flagelo (orgánulo usado para moverse), lo perdieron de forma independiente a lo largo de su evolución. La evidencia de tal pérdida es la presencia de genes relacionados con el flagelo en los descendientes de algunos de estos protistas. La hipótesis de  los autores es que esos genes dejaron de expresarse, lo que condujo a la pérdida del flagelo en hasta cuatro linajes distintos.

Además, dice Iñaki Ruiz-Trillo, se han hallado esos genes en dos organismos que se creían aflagelados como son, Ministeria Vibrans y Chorallochytrium limacisporum. Tras hallar esa evidencia genética, los científicos observaron Ministeria vibrans con microscopia confocal y vieron que dispone de una estructura que les había pasado por alto hasta ahora. Se trata, explica Ruiz-Trillo, “de la estructura de un apéndice compuesto de tubulina y con la forma clásica de un flagelo, lo que confirma sin duda y contrariamente a lo creído hasta ahora, que esos organismos son flagelados, aunque únicamente en algunos momentos de su ciclo de vida”.

De forma similar, el trabajo muestra evidencias genéticas de organismos que evolucionaron de forma paralela para formar membranas de quitina, tanto en hongos como en parientes unicelulares de los animales, y han podido situar esa evolución sobre el árbol filogenético.

Con esta investigación, los científicos han redibujado el árbol filogenético de los opistocontos. Gracias a él y a los nuevos datos genéticos, los científicos han podido inferir que el ancestro de todos los animales, hongos y otros organismos unicelulares de este linaje era un ser unicelular filopodial (pequeñas protusiones o elongaciones en su superficie), con flagelo, y que comía bacterias. Además tenía una variedad importante de genes de quitina. Este ancestro común ha sido bautizado como “LOCA”, del inglés “Last Opisthokont Common Ancestor”.

A partir de él, las formas de vida de los hongos y de otros linajes cercanos a los animales evolucionaron de forma independiente hasta llegar a ser capaces de crear las paredes celulares de quitina. Por otro lado, el flagelo que tenía el opistoconto ancestral se perdió de manera paralela hasta en cinco de las líneas descendientes, tanto en los hongos como en otros linajes más cercanos a los animales (y conservándose en animales, en el caso del esperma).

Los organismos unicelulares estudiados por el equipo son extremadamente raros y difíciles de hallar en la naturaleza. Es el caso de Corallochytrium limacisporum, un linaje ancestral que se encontró una sola vez en aguas de arrecifes coralinos y que los autores han podido aislar de nuevo en dos arrecifes de Hawaii y la India. O Ministeria vibrans, del que apenas se sabe nada sobre su ecología y que mide escasamente tres micras (entre cinco y diez veces mas pequeño que una célula humana).

Para este estudio, los científicos han contado con muestras de varios laboratorios de todo el mundo, a partir de las cuales han realizado los cultivos, a fin de  obtener un mayor número de ejemplares de los organismos, y han secuenciado su transcriptoma (los genes que están expresándose). Filogenéticamente, son parientes cercanos pero ancestrales de los animales, cuyas líneas de evolución se separaron hace más de 800 millones años, por lo que pueden arrojar pistas sobre cómo los organismos unicelulares se transformaron en pluricelulares. (Fuente: CSIC)

EL POLVO PRESENTE EN UN HOGAR PERMITE DEDUCIR EL GÉNERO DE LOS INQUILINOS Y LA ZONA GEOGRÁFICA

noticiasdelaciencia.com

El simple y ordinario polvo recolectable en una vivienda común alberga una amplia colección de bacterias y hongos, y, tal como se ha comprobado en una nueva investigación, ese contenido puede servir no solo para identificar la región geográfica donde se halla esa vivienda, sino también la proporción entre inquilinos e inquilinas, e incluso la presencia habitual de un animal doméstico.

Una muestra de polvo doméstico vista al microscopio. (Foto: NIAID)

Los nuevos hallazgos destacan la impresionante cantidad de diversidad microbiana que hay en una vivienda típica y lo mucho que estos organismos pueden revelar sobre las casas en las que habitan.

El equipo de Noah Fierer y Albert Barbarán, de la Universidad de Colorado en Boulder, Estados Unidos, examinó aproximadamente 1.200 hogares de todo el territorio continental de Estados Unidos. Las muestras de polvo tomadas dentro de cada hogar y en su entorno exterior cercano permitieron hacer análisis muy detallados.

Los resultados indican que, en promedio, cada vivienda contiene más de 5.000 especies diferentes de bacterias y alrededor de 2.000 especies de hongos. Aunque la investigación se ha hecho en Estados Unidos, buena parte de lo que revela puede extrapolarse a otras naciones. Las comunidades fúngicas en las viviendas tienden a ser las más delatadoras de la ubicación geográfica de una casa, mientras que las comunidades bacterianas proporcionan las mejores pistas sobre la identidad de sus macrohabitantes.

El hecho de que las comunidades de hongos presentes en el polvo doméstico dependan mucho de la geografía se debe a que la mayoría de estos hongos son transportados al interior de la vivienda desde fuera de ella, por acción del viento que los arrastra desde la tierra del suelo y hojas de vegetales. En cambio, en la composición de la población doméstica bacteriana la zona geográfica donde esté situada la vivienda influye menos que otros factores.

A partir de las muestras de polvo, los investigadores pudieron deducir con gran certeza la presencia de mascotas como perros y gatos viviendo en el domicilio, y con un grado de certeza algo menor, la proporción entre ambos géneros de las personas residentes. Las viviendas cuyos únicos inquilinos eran varones presentaban una composición bacteriana diferente que las viviendas con inquilinos masculinos y femeninos.

Los resultados de la investigación abren la puerta hacia la incorporación de nuevas técnicas forenses, útiles en pesquisas policiales, para investigaciones médicas sobre alergias, y en otras labores.

DIEZ AÑOS BUSCANDO VIDA MICROBIANA EN EL DESIERTO DE ATACAMA

noticiasdelaciencia.com

Jacek Wierzchos y Carmen Ascaso, del Museo Nacional de Ciencias Naturales (España), llevan más de diez años buscando vida en el desierto de Atacama y en junio la NASA aprobó su participación en este programa a través del proyecto de tres años de duración: Microbial Communities of the Atacam Desert as Model System for Dry Worlds (Comunidades microbianas del desierto de Atacama como un modelo  para los mundos áridos).

Desierto de Atacama: el lugar más árido y más irradiado por el sol en el Planeta. Formaciones de ignimbrita colonizadas por cianobacterias. (Foto: J. Wierzchos)

El objetivo del proyecto es identificar las características y la distribución de ambientes potencialmente habitables en el Sistema Solar y la Nas contará con el grupo de investigación ECOGEO que lleva más de diez años buscando vida microbiana en el desierto de Atacama y ha encontrado varios microhábitats endolíticos.

“La NASA pretende determinar los procesos y condiciones que crean y mantienen ambientes habitables, para poder explorar la presencia de vida fuera de nuestro planeta”, explica Jacek Wierzchos, investigador del MNCN.

“Conocer las condiciones en las que se puede llegar a producir vida en nuestro planeta puede ser un primer paso para buscarla fuera de él”, añade Carmen Ascaso.

Pese a que en 2005 investigadores de la NASA llegaron a afirmar que las condiciones del desierto de Atacama lo convertían en un ambiente incompatible con la vida, el grupo de investigación ECOGEO encontró en 2006 colonizaciones de cianobacterias dentro de las halitas, rocas de sal capaces de retener la humedad.

Hasta la fecha, el grupo ha descubierto en la zona híper árida de este desierto cinco sustratos líticos que albergan vida microbiana.  

Ya en aquel momento Jacek Wierzchos, explicaba: "Conocer las formas de vida que se dan en ecosistemas extremos nos da pistas para encontrar vida fuera de nuestro planeta, además de aportar información sobre las moléculas necesarias para proteger  la vida en ambientes extremadamente secos con una radiación solar también extrema”.

En este proyecto también participan investigadores de la John Hopkins University (EE UU), la Universidad de Extremadura, la Universidad de Antofagasta (Chile) y la Universidad Complutense de Madrid. (Fuente: MNCN-CSIC)

DESCUBREN POR PRIMERA VEZ LA COMUNIDAD DE VIRUS DE LA ANTÁRTIDA

agenciasinc.es

La Antártida es un continente que debido a sus condiciones climatológicas y geológicas y al no haber estado muy expuesto a las actividades humanas, supone un gran banco de perubas para la ciencia. El último descubrimiento, que cuenta con participación española, ha sido describir por primera vez quasiespecies de virus de ARN en un ecosistema natural.

En 2009, científicos del mismo grupo de investigación fueron los primeros en identificar la composición genética de los virus ADN presentes en los lagos de la Antártida. / CSIC 

Los virus de ARN usan ácido ribonucleico (ARN) como material genético y existen como mezclas complejas de genotipos diferentes pero relacionados, conocidas como quasiespecies. Su estructura genética ha sido estudiada en los virus que afectan a los animales y plantas pero las quasiespecies no se han descrito en virus ARN de muestras ambientales.

Ahora, un estudio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha conseguido describir por primera vez quasiespecies de virus de ARN en un ecosistema natural, concretamente en el lago Limnopolar de la Península Byers (Isla Livingston, en la Antártida). Se trata además de la primera descripción de virus ARN en la Antártida.

Menor diversidad en los virus de ARN

Los resultados, que son fruto de tres años de investigaciones y se han publicado en la revista Molecular Ecology, indican que la diversidad de los virus de ARN es menor que la registrada en virus de ADN. En 2009, científicos del mismo grupo de investigación fueron los primeros en identificar la composición genética de los virus ADN presentes en los lagos de la Antártida, estimando la presencia de cerca de 10.000 especies virales en el lago Limnopolar.

“Solo hemos encontrado virus del orden Picornavirales y hemos identificado también algunos virus dominantes en el lago. En algunos casos, hasta el 70% de los virus encontrados se corresponden con una única especie, algo muy peculiar”, señala Antonio Alcamí, científico del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid) y responsable del estudio.

“Este virus dominante se ha mantenido abundante y estable genéticamente durante tres años, lo que sugiere que ha encontrado un genoma optimizado –la solución evolutiva casi perfecta– para dominar el ecosistema extremo de este lago”, explica.

Los lagos antárticos permanecen cubiertos de hielo durante la mayor parte del año y tienen muy poca influencia de animales. Sus ecosistemas son muy sencillos y están dominados por microorganismos que se han adaptado a las condiciones ambientales extremas.

La península Byers es una de las pozas zonas de la Antártida que se descongela durante el verano. La transición de un lago cubierto de hielo en primavera a un lago abierto en verano da lugar a cambios notables en la comunidad viral.

El deshielo, clave en la investigación

Este deshielo ha permitido a los investigadores detectar un fenómeno que no se conocía en la microbiología ambiental: los virus generan más variaciones para adaptarse a un nuevo ambiente y competir con los virus que ya habitan este medio.

Así ocurre con los virus que viven en los tapetes microbianos en la superficie de la cuenca. Estos tapetes son estructuras primitivas que se encuentran en la actualidad en ambientes extremos pero hace millones de años generaron la atmósfera de oxígeno de la Tierra.

Cuando se produce el deshielo, los virus que habitan los tapetes son arrastrados al lago. Al encontrarse en un ambiente extraño sufren una mayor variación que podría ayudarles a competir con los virus dominantes en el lago.

Referencia bibliográfica:

López-Bueno, A. et al. “Ecologial conectivity shapes quasispecies structure of RNA viruses in an Antartic Lake”. Molecular Ecology. DOI: 10.1111/mec.1332