¿Viviendo con el enemigo? Explicación, análisis y proyección del hallazgo de la NASA

cepa GEFAJ-1 de la Halomonadaceae | imagen NASa

Una cepa de bacteria aislada a partir de muestras de un lago salado californiano puede crecer en un medio rico en arsénico, aparentemente usándolo en lugar del fósforo en su ADN y en otras biomoléculas importantes. El descubrimiento, que fue dado a conocer ayer en una rueda de prensa de la NASA y aparece publicado en la web de Science, pone en duda algo que todos hemos aprendido alguna vez en el colegio, a saber, que el fósforo es esencial para la vida en la Tierra. También amplía el rango de lugares en los que tendrá sentido buscar organismos extraterrestres.

Reflexionemos un momento sobre lo sorprendente que es el descubrimiento en sí antes de explorar sus implicaciones. Los seres vivos, se pensaba hasta ahora, están compuestos en su mayor parte de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. El resto son los llamados oligoelementos: hierro, molibdeno, yodo, zinc, manganeso, etc. Si tienes un complejo vitamínico en casa, lee el prospecto, verás que lleva un montón de estos elementos complementarios pero esenciales. El que no encontrarás es el arsénico. El arsénico es uno de los pocos elementos que se consideran solamente tóxicos (los demás lo son dependiendo de la dosis) y que no tiene ningún papel en el metabolismo.

La tabla periódica que construyó Mendeleev se basaba, no en estructuras electrónicas, sino en propiedades químicas de los elementos. Así, elementos de la misma columna tienen químicas parecidas. El arsénico, que aparece debajo del fósforo en la tabla, tiene por tanto una química parecida, pero no igual, a la del fósforo. A diferencia de las moléculas basadas en fósforo relativamente estables, los compuestos de arsénico son muy inestables. Donde a un compuesto de fósforo le puede llevar años, décadas o incluso milenios descomponerse, la velocidad de hidrólisis (rotura en presencia de agua) de los compuestos de arsénico se mide habitualmente en minutos, si no segundos.

Es esta combinación de similitud con el fósforo e inestabilidad la que explica en parte por qué el arsénico es tan tóxico. El cuerpo puede no ser capaz de distinguir entre el fosfato, la forma más común del fósforo en el organismo, y su equivalente para el arsénico, el arseniato. De esta manera el arseniato se incorpora a rutas metabólicas que usan normalmente fosfato, haciendo que los procesos aguas abajo terminen fallando o no funcionando adecuadamente porque las moléculas de arseniato se descomponen demasiado rápidamente.

Felisa Wolfe-Simon, jefa del proyecto | Imagen NASA

Según los autores del artículo de Science existiría al menos un organismo en la Tierra que habría solucionado este problema. Intentemos ser precisos ahora. Lo que los investigadores encabezados por Felisa Wolfe-Simon han encontrado en unas muestras tomadas en el Lago Mono, un lago salado que contiene grandes concentraciones de arsénico disuelto, es una bacteria, la cepa GEFAJ-1 de la Halomonadaceae, que puede crecer cuando se la cultiva en presencia de arsénico, pero sólo con trazas de fósforo. Si se cambiaban las condiciones a alto contenido en arsénico, la bacteria no crecía tan bien como cuando el fósforo estaba disponible abundantemente, pero crecía significativamente más que cuando no había ni fósforo ni arsénico disponibles. Estos datos podrían indicar que la bacteria usa el arsénico.

El decir que la bacteria usa el arsénico es una hipótesis. Para comprobarla (parcialmente, como vemos a continuación) hay que averiguar a qué lugares de la célula va el arsénico. Para ello los investigadores repitieron los cultivos pero usando ahora arsénico (realmente arseniato) radioactivo. De esta manera localizaron presencia de arsénico en partes de la célula que contienen proteínas, metabolitos, lípidos, y ácidos nucleicos. Un análisis más detallado del ADN podría sugerir que el arsénico está simplemente sustituyendo al fósforo en la estructura de la macromolécula, átomo a átomo.

Detengámonos aquí un momento porque esto es una afirmación mayor, una hipótesis, al menos, osada. El ácido desoxirribonucleico, ADN, no se llama así por gusto. Se llama así porque en su composición participa un azúcar, la desoxirribosa. Las cuatro bases (adenina, citosina, guanina y timina) de las que siempre se habla cuando se discute algo de genética tienen que unirse entre sí de alguna manera, y esta manera es enlazándose a una molécula de azúcar (esta unión se llama nucleósido) y el nucleósido se une o varios fosfatos (y a esto se le llama nucleótido). La base estructural del ADN la constituyen la desoxirribosa y el fosfato. Pero, si los compuestos de arsénico son inestables, ¿cómo puede existir un ADN basado en arseniato? ¿existe alguna molécula auxiliar que estabiliza el compuesto? ¿participa realmente el arsénico en la estructura? Esto es típico en ciencia, tenemos un montón de preguntas nuevas por cada descubrimiento.

Aparte de las cuestiones de tipo puramente bioquímico que suscita este trabajo, aparecen muchas otras relacionadas con las condiciones necesarias en el medio natural para que la bacteria se comporte de la forma en la que lo ha hecho en un laboratorio a oscuras y a 21 grados Celsius de temperatura. Suponiendo que la bacteria reprodujese estos resultados en el medio natural, ello tendría implicaciones sobre el tipo de lugares en los que merecería la pena explorar la existencia de vida, tanto en la Tierra como en otros planetas y satélites, y que hasta ahora habrían podido descartarse por improbables.

También podría tener sus consecuencias este descubrimiento en los estudios sobre el origen y evolución de la vida en la Tierra, si bien todavía es muy prematuro decir cuáles. Podría ser una adaptación extrema más (lo que a juicio del que esto escribe es, con los datos disponibles, lo más probable) o, incluso, una línea evolutiva diferente a la comúnmente considerada. En cualquier caso estas consideraciones son altamente especulativas sin más datos de la bioquímica real de la bacteria.

Pero también existen consideraciones de tipo utilitario. Un organismo capaz de acumular arsénico tiene un uso evidente para la recuperación de entornos contaminados.

Finalmente, un organismo que no usase fósforo sería muy útil en la agricultura. Si, como algunos dicen, el fósforo de uso agrícola se agotará en algunos años, una bacteria que usase arsénico podría mantener algunos ecosistemas vitales funcionando.

Si algo nos queda claro después de este trabajo es que queda mucha investigación apasionante por hacer.


77 Comentarios

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dra crisitana moralesdra crisitana morales

bueno , ver para creer diria un ciego, pero este es uno de los hallazgos mas espectaculares de los ultimos tiempos, y de los laboratorios de la Nasa, lo que quiere decir que son perfectamente creibles y confiables estos datos que cambiaran los conocimientos quimicos y bioquimicos de la estructura de los genes humanos en cuanto a lo que se refiere a los compontentes que necesitamos en el organismo para vivir, lean esto , cada dia mi asombro por la evolucion de las ciencias es mayor, pero gracias a ello podremos darles a nuestros hijos una mejor forma de vivir,

Hugo Castro CadavidHugo Castro Cadavid

Muy interesante… No olvidemos que cuando se descubrió el Platino, en el Río Atrato, se echaba al río, poerque se podría confundir con la Plata. Hoy sabemos que un gramo de platino, puede comprar miles de gramos de plata.
En l ciencia…. ” No hay nada mejor que un día tras otro… ” coma decía la Abuela Zoila, para todas las cosas de la vida.

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