conferencia dictada dentro del I Curso de Astrobiología, mayo 2012, Facultad de Ciencias Biológicas UNMSM.

1. Primer Curso de Astrobiología en el Perú
Mayo 2012
Extremófilos
El controvertido hallazgo de bacterias
que viven en arsénico
Mag. Débora Alvarado Iparraguirre
Lab. Microbiología Molecular y Biotecnología

2. Definición
• Extremófilo, vida al límite.
– Microorganismos, llámense virus, procariontes y
eucariontes, que sobreviven bajo condiciones
drásticas.
– Condiciones drásticas: temperatura, salinidad, pH,
presión, nutrientes, oxigenación, radiación, etc.
• El término tiene un componente
antropocéntrico.

3. • No se trata de adaptación o tolerancia, se trata de
sobrevivencia en condiciones extremas.
– Una bacteria que vive a 110 °C no sobrevive en una playa
caribeña a 30 °C.
• Se trata de organismos que se sienten muy cómodos
en los rincones más peligrosos del planeta.
– Incluye: desiertos completamente secos, ácido hirviente,
calor horrendo y frío increíble.

4. No se requieren viajes espaciales…
Paisaje marciano,
Foto tomada por Viking Lander I
Desierto de Atacama en Chile

5. Si la vida puede
encontrarse en
estos lugares,
puede
encontrarse en
cualquier parte.

6. Tipos de Extremófilos
http://www.cienciahoy.org.ar/ln/hoy99/bacterias.htm

7. Brock y el árbol de la vida
TERMÓFILOS

8. – Tom Brock descubrió
Thermus aquaticus,
bacteria que aisló
de aguas termales
del Parque
Yellowstone (años
60).
– Se hizo famosa
porque resultó una
buena fuente de http://www.sciencephoto.com/media/223340/enlarge
DNA polimerasa
estable al calor.

9. En 1972
– Describe a Sulfolobus
acidocaldarius,
microorganismo
completamente distinto de
las bacterias,d
medio ácido (pH 2,0-3,0) y a
75-80 °C.
– Brock : "La presencia de
criaturas vivas en agua tan
caliente que quema es
realmente sorprendente””.
“Están tan bien adaptados a
este calor que no pueden
vivir en ninguna otra parte””.

10. Woese y Pace
Carl Woese

11. Los termófilos en la base del árbol

13. Un viejo grupo
arqueano
‗ Se descubrió con análisis
filogenético de comunidades
microbianas del estanque
Obsidiana de Yellowstone.
‗ Aún no ha sido incluido
oficialmente como grupo
taxonómico a pesar que ya se
pueden cultivar en laboratorio.
‗ Cercanía a la base del árbol
filogenético muestra su
antigüedad.
‗ su estudio revelará datos
importantes sobre la vida en la
tierra primitiva.

14. Phylum Nanoarcheaota
Nanoarchaeum equitans. ‗Simbionte de
Ignococcus spp..
‗Arquea
hipertermófila,
descrito por Huber et
al. 2002.
‗400 nm de diámetro.
‗Tiene, hasta el
momento, el genoma
arqueano más
pequeño reportado,
0.5 megabases.

15. ALH 84001
Meteorito descubierto en 1984 en la
Antártida en la región de Alan Hills

16. • Las grandes masas de hielo de la Antártida se
comportan como fluídos, los meteoritos que
caen allí se desplazan en el hielo hasta
encontrar laderas rocosas donde se depositan.
• ¿Por qué viene de Marte?
– Usando gases nobles como trazadores, se midió la
concentración de moléculas gaseosas atrapadas
en el mineral, las cuales coinciden con las
proporciones marcianas dadas por la Viking.

17. ¿Cómo llegó a la Tierra?
– Se supone que un asteroide chocó con Marte.
– Debido a la tenue atmósfera y a la menor
atracción gravitatoria algunos fragmentos
pudieron alcanzar la velocidad de escape.
– Hace 10000 años impactó en la Antártida (cálculo
en base a los desplazamientos de hielo).

18. ¿Arqueas?
(McKay et al., 1996, Nature, 273, 5277, pp. 924)
• Argumentos a favor de ser fósiles orgánicos:
– presencia en los depósitos de carbonatos de
materia orgánica compleja (hidrocarburos
policíclicos aromáticos)
– cristales de magnetita muy puros.
– minerales de óxido de hierro y sulfuro de hierro
– estructuras similares a bacterias terrestres

19. • Evidencias en contra:
– espesor de las ‘estructuras sospechosas’ = 1
décima de micra
– las bacterias terrestres tienen un orden de
magnitud superior
– hay espacio físico para el material genético?
Cuestión abierta en la comunidad científica.
¿Respuesta en las nuevas misiones?

20. Los primeros extremófilos estudiados
HALOFÍLICOS

21. • Se conocen hace más de 100 años.
– Su estudio se relacionó con la descomposición de
pescado salado.
Lago Owens en California Salares de Casma

22.  Los halófilos extremos mayomente son arqueas
aerobias obligadas.
 Requieren una concentración de sal del 15% al 36%,
aproximadamente.
• ¿Cómo sobreviven los halófilos en altas
concentraciones de sales?:
Sintetizando un mayor número de proteínas en el
interior de la célula, éstas compiten con el agua.
Acumulando altos niveles de sales en la célula
con el fín de compensar la elevada concentración
externa de sales

23. Haloquadra walsbyi
 Es la forma viva más hiperhalofílica que se conoce.
Los puntos brillantes en su interior son vesículas de gas.

24. • Los organismos halófilos podrían ser la base de la
vida en otros planetas.
– Geoffrey A. Landis del NASA Glenn Research Center,
opina que el agua en las condiciones de temperatura y
presión en Marte, podría ser altamente salina, y por
tanto las formas de vida serían halófilos.
• Los halófilos extremos son fuente de estudio de
proyectos de astrobiología en tanto que son
formas antiguas de vida en la Tierra, y se podrían
trazar analogías con la vida en otros planetas.

25. La lucha contra el congelamiento
PSICRÓFILOS

26. Algunos microorganismos
crecen en temperaturas
muy por debajo del punto
de congelación del agua,
como ocurre en la
Antartida

27. Los Psicrófilos poseen:
 Proteínas ricas en α-hélices y grupos polares que les
confieren una elevada flexibilidad.
 Proteínas “antifreeze” que mantienen líquida las
condiciones intracelulares porque disminuyen el punto
de congelación de otras biomoléculas.
 Membranas que son más fluídas, contienen ácidos
grasos insaturados en cis- que ayudan a prevenir la
congelación.
 Transporte activo a muy bajas temperaturas.

28. Clamydomonas nivalis
Forma
vegetativa
Espora
‗ Eucarionte fotosintético, llamado el “alga de la nieve”.
‗ Vive en zonas de alta montaña en casi todo el mundo.
‗ Vive entre -8 y 1°C.
‗ Alta capacidad de reflexión de la luz visible y en particular de la radiación
UV-B.
‗ Membranas con alta proporción de ácidos grasos insaturados para
mantener su estado semifluido a bajas temperaturas.

29. La belleza de la diversidad microbiana
GALERÍA DE EXTREMÓFILOS

30. Deinocuccus radiodurans
Este candidato a
“astronauta” soporta
también bajas
temperaturas, alta
presión y la acción de
agentes oxidantes, lo
que le valió la
designación de
poliextremófilo.
Tolera 5KGy de radiación sin perder viabilidad, 15 KGy con pérdida del
37% de su viabilidad.
10Gy matan a un ser humano y 60Gy eliminan una colonia de E.coli.

31. Extremófilos de los Fondos Marinos
Los suelos de los fondos marinos y las
emanaciones hidrotermales presentan
las siguientes condiciones:
- Bajas temperaturas (2-3 ºC) – en el cuál
sólo los psicrófilos sobreviven.
- Bajos niveles de nutrientes – en el cuál
sólo los oligotrofos están presentes.
- Altas presiones – el incremento de la
presión es de 1 atm/10 m de
profundidad.
- El incremento de la presión conduce a la
disminución de la unión del sustrato a la
En una fumarola negra de enzima.
un manantial termal
submarino, la temperatura - Los microorganismos barófilos viven a
puede alcanzar entre profundidades mayores a 4000 metros.
270-380°C

32. Thermococcus gammatolerans
http://phys.org/news205414795.html
‗ Arquea Euryarqueota, encontrada en chimenea
hidrotermal a 2000m de profundidad (2003).
‗ Tolera 5 KGy de radiación sin perder viabilidad, 30 KGy
con pérdida del 37% de su viabilidad.
‗ T° óptima: 55-95 °C

33. Spirochaeta americana
‗ Descubierta en el 2003 por Huber et al. en el lago Mono
Lake (California).
‗ Viven sin oxígeno en altas concentraciones de sal (› 75 g/L
y en alcalinidad que sobrepasa el pH 10.

34. Río Tinto, un ambiente extremófilo
• Condiciones de extremo pH (muy
ácido), alto contenido en metales
pesados (cobre, cadmio, manganeso…)
y poco O2 en el agua.
• Existen bacterias que subsisten a costa
de los minerales, y como producto de
desecho producen ácido sulfúrico y
hierro oxidado, causantes de la acidez
y color rojizo del agua.
• Se encontró comunidad de
microorganismos conformado por
bacterias, hongos, algas.
• Sorprendente, un millar de especies de
eucariontes.

35. Las asombrosas bacterias del
arsénico
• Los metales en concentraciones elevadas son tóxicos, pero
hay organismos que desarrollan estrategias peculiares para
vivir en estos ambientes.
– Ej. Magnetobacterias en ambientes anóxicos con alta
concentración de Fe.
• A fines del 2010 se reportó (Felisa Wolfe-Simon, NASA)
una bacteria que podía reemplazar totalmente el fósforo
por arsénico en sus macromoléculas (Halomonas).
– Fue aislada de Mono Lake y cultivada en condiciones carentes
de fósforo.
– La información fue presentada como una forma de vida
alternativa a la que conocemos.

36. Un año después
• Ha tenido muchos detractores desde un principio
porque no se hizo un estudio de la estructura de las
macromoléculas.
– Al final el último autor del artículo brindó las facilidades
para que otros grupos de investigación corroboraran los
resultados publicados.
– Algunos de éstos no pudieron ser repetidos, otros
fueron totalmente refutados.
– Si se confirmó que en estos organismos la presencia de
arsénico estimula su crecimiento.
• La investigadora cabeza de la publicación salió de la
NASA.

37. Methanosarcina barkeri
‗ Soporta diferentes condiciones de vida.
‗ Su base alimenticia es muy variada.
Puede digerir desde metanol a acetato.
Puede obtener energía a partir de una
mezcla de hidrógeno y CO2 únicamente
(se piensa que ambos están presentes
en Marte).
‗ Puede sintetizar desde cero sus propias
moléculas orgánicas, incluyendo
aminoácidos y vitaminas, usando fosfato,
azufre y otros compuestos minerales
disponibles en el suelo.
‗ Fija nitrógeno.
‗ Se mueve a través del agua formando
http://www.experientiadocet.com/2009/07/un- vesículas de gas; facilita su flotación.
microbio-terrestre-que-podria-vivir.html
‗ Cuando el agua escasea puede entrar
en fase dormante (Ver foto). seco.

38. http://www.ikerjimenez.com/noticias/metano-marte/index.html
• Se ha detectado la presencia de metano en Marte.
• Como el metano se mantiene en la atmósfera algunos años
antes de su oxidación por la luz solar, se piensa que el metano
detectado es de reciente producción.
• Hay una posibilidad de que el metano sea biogénico aunque
también puede producirse por procesos geológicos.

39. e
• Se reporta arqueas metanogénicas en ambientes extremos en la
Tierra:
– Enterrados bajo kilómetros de hielo en Groenlandia
• Estos hallazgos hacen plausible la esperanza de la existencia de
vida en Marte.
• Las arqueas de Groenlandia han sido descubiertas, por
investigadores de la Univ. de California, en testigos de hielo a 3
km de profundidad.
• Se estima que el metano se produce a 0°C y la masa microbiana
sería de 1 cél./mL.

40. • Se recolectaron muestras de suelo y vapor de desiertos
localizados en Utah, Idaho, California, Canadá y Chile, tomadas a
profundidades donde casi no hay oxígeno.
• Las muestras de vapor mostraban concentraciones de este gas
300 veces superiores a lo normal. Este hallazgo es muy
importante, pues la ausencia de agua no permite la sobrevivencia
un microorganismo metanogénico.
• Como la superficie de Marte es muy seca este descubrimiento
también avala la posible existencia de metanógenos en Marte.

41. • Hay 3 opciones que dan posibilidad de vida en Marte.
– Adaptarse a la subsistencia al entorno sin nutrientes debajo la
superficie mediante la adopción de un estilo de vida pscrofílico.
– Adoptar un estilo de vida formado por ciclos de hibernación
profunda cuando las condiciones son adversas y de proliferación
profunda cuando esporádicamente se produce un episodio de
agua superficial.
– Adaptarse a las condiciones marcianas a través de cambios
bioquímicos.
Hipótesis: la inclusión de H2O2
(agua oxigenada) en los fluidos
intracelulares de los organismos

42. • Según los autores, el H2O2 se produciría bioquímicamente
mediante fotosíntesis:
CO2 + 3H2O + energía solar → CH2O + 2H2O2
• Este serviría como fuente de energía al descomponerse:
2H2O2 → 2H2O + O2
• Esto es consistente con los resultados de la Viking que
detectaron liberación de oxígeno en el suelo marciano.