Científicos en un bosque de manglares en el Caribe han descubierto un tipo de bacteria que crece hasta alcanzar el tamaño y la forma de una pestaña humana.
Estas células son las bacterias más grandes jamás observadas, miles de veces más grandes que bacterias conocidas como Escherichia coli. «Sería como conocer a otro ser humano del tamaño del Monte Everest», dijo Jean-Marie Foland, microbiólogo del Joint Genome Institute en Berkeley, California.
Dr.. voland y colegas publicado Su estudio de una bacteria llamada Thiomargarita magnifica se publica el jueves en la revista Science.
Los científicos alguna vez creyeron que las bacterias eran demasiado simples para producir células grandes. Pero Thiomargarita magnifica resulta ser notablemente complejo. Dado que la mayor parte del mundo bacteriano aún no se ha explorado, es muy posible que bacterias aún más grandes y complejas estén esperando a ser descubiertas.
Han pasado unos 350 años desde que el pulidor de lentes holandés Anthony van Leeuwenhoek descubrió la bacteria raspándose los dientes. Cuando colocó la placa dental bajo un microscopio primitivo, se sorprendió al ver organismos unicelulares nadando a su alrededor. Durante los siguientes tres siglos, los científicos encontraron muchos otros tipos de bacterias, todas invisibles a simple vista. La célula de Escherichia coli, por ejemplo, mide aproximadamente micróno menos de diez milésimas de pulgada.
Cada célula bacteriana es su propio organismo, lo que significa que puede crecer y dividirse en un par de nuevas bacterias. Pero las células bacterianas a menudo viven juntas. Los dientes de Van Leeuwenhoek están cubiertos con una película gelatinosa que contiene miles de millones de bacterias. En lagos y ríos, algunas células bacterianas se unen para ser muy pequeñas. instrumentos de cuerda.
Los humanos somos criaturas multicelulares, nuestros cuerpos están formados por aproximadamente 30 billones de células. Si bien nuestras células no son visibles a simple vista, por lo general son mucho más grandes que las que se encuentran en las bacterias. El óvulo humano puede alcanzar 120 micras de diámetro, o cinco milésimas de pulgada.
Las células de otras especies pueden crecer más: el alga verde Caulerpa taxifolia produce células en forma de cuchilla que pueden crecer hasta largo del pie.
A medida que surgía el abismo entre las células grandes y las pequeñas, los científicos observaron la evolución para comprenderlo. Todos los animales, plantas y hongos pertenecen al mismo linaje evolutivo, que se denominan eucariotas. Los eucariotas comparten muchas adaptaciones que les ayudan a construir células grandes. Los científicos concluyeron que sin estas adaptaciones, las células bacterianas tendrían que permanecer pequeñas.
Para empezar, una colmena grande necesita un soporte físico para que no se colapse ni se rompa. Las células eucariotas contienen cables moleculares rígidos que actúan como polos en una tienda de campaña. Sin embargo, las bacterias no poseen este citoesqueleto.
La célula grande también enfrenta un desafío químico: a medida que crece, las moléculas tardan más en moverse y encontrarse con los socios adecuados para llevar a cabo reacciones químicas delicadas.
Los eucariotas han desarrollado una solución a este problema al llenar las células con pequeños fragmentos donde pueden ocurrir distintas formas de bioquímica. Mantienen el ADN envuelto en un saco llamado núcleo, junto con moléculas que pueden leer genes para producir proteínas, o las proteínas producen nuevas copias de ADN cuando la célula se reproduce. Cada célula genera combustible dentro de sacos llamados mitocondrias.
Las bacterias no tienen las partes que se encuentran en las células eucariotas. Sin núcleo, cada bacteria suele llevar un anillo de ADN que flota libremente en su interior. Tampoco tienen mitocondrias. En cambio, normalmente generan combustibles con partículas incrustadas en sus membranas. Este arreglo funciona bien con celdas pequeñas. Pero a medida que aumenta el tamaño de la celda, no hay suficiente espacio en la superficie de la celda para las moléculas generadoras de combustible.
La simplicidad de las bacterias parece explicar por qué son tan pequeñas: no tenían la complejidad básica de hacerse más grandes.
Sin embargo, esa conclusión fue apresurada, según Shalish Dett, fundador del Laboratorio de Investigación en Sistemas Complejos en Menlo Park, California, y coautor con el Dr. Voland. Los científicos han hecho amplias generalizaciones sobre las bacterias después de estudiar una pequeña parte del mundo bacteriano.
“Simplemente rascamos la superficie”, dijo, “pero fuimos muy dogmáticos”.
Esa ortodoxia comenzó a resquebrajarse en la década de 1990. Los microbiólogos han descubierto que algunas bacterias han desarrollado de forma independiente sus propios compartimentos. También descubrieron especies que eran visibles a simple vista. Epulopiscium fishelsonipor ejemplo, apareció en 1993. Cuando viven dentro de un pez cirujano, las bacterias crecen 600 micrones de largo, más grandes que un grano de sal.
Thiomargarita magnifica fue descubierta por Olivier Gros, biólogo de la Universidad de las Antillas en 2009 mientras inspeccionaba bosques de manglares en Guadalupe, un grupo de islas del Caribe que forman parte de Francia. El microbio parecía pequeños trozos de espagueti blanco, formando una capa sobre el follaje muerto que flotaba en el agua.
Al principio, el Dr. Gross no sabía lo que había encontrado. Se pensó que los espaguetis podrían ser un hongo, una pequeña esponja o algún otro eucariota. Pero cuando él y sus colegas extrajeron ADN de muestras en el laboratorio, descubrieron que se trataba de bacterias.
El Dr. Gross ha unido fuerzas con el Dr. Voland y otros científicos para investigar más de cerca a las criaturas alienígenas. Se preguntaron si las bacterias eran células microscópicas unidas en cadenas.
Resulta que este no es el caso. Cuando los investigadores observaron el interior de la pasta bacteriana con microscopios electrónicos, se dieron cuenta de que cada una era su propia célula gigante. La celda promedio tiene una longitud de aproximadamente 9,000 micrones, y la más grande tiene 20,000 micrones, lo suficientemente larga como para abarcar un centavo de diámetro.
Los estudios de Thiomargarita magnifica han avanzado lentamente porque el Dr. Valante y sus colegas aún tienen que averiguar cómo hacer crecer la bacteria en su laboratorio. Actualmente, el Dr. Gross tiene que recolectar un nuevo suministro de bacterias cada vez que el equipo quiere realizar un nuevo experimento. Puede encontrarlo no solo en las hojas, sino también en conchas de ostras y botellas de plástico que se encuentran en sedimentos ricos en azufre en el bosque de manglares. Pero las bacterias parecen seguir un ciclo de vida inesperado.
«En los últimos dos meses, no los he encontrado», dijo el Dr. Gross. «No sé dónde están».
Dentro de las células de Thiomargarita magnifica, los investigadores han descubierto una estructura extraña y compleja. Sus membranas tienen diferentes tipos de compartimentos incorporados. Estos compartimentos son diferentes de los de nuestras células, pero pueden permitir que Thiomargarita magnifica crezca hasta alcanzar un tamaño enorme.
Algunas de las cámaras parecen ser plantas de combustible, donde el microbio puede aprovechar la energía de los nitratos y otras sustancias químicas que consume en los bosques de manglares.
Thiomargarita magnifica también contiene otros compartimentos que se parecen mucho a los núcleos humanos. Cada compartimento, que los científicos llamaron pepina por las diminutas semillas de una fruta como el kiwi, contiene un anillo de ADN. Mientras que una célula bacteriana típica contiene solo un bucle de ADN, Thiomargarita magnifica tiene cientos de miles de ellos, cada uno dentro de su propia pipeta.
Y lo más importante, cada Pepin contiene fábricas para construir proteínas a partir de su ADN. «Básicamente tienen células pequeñas dentro de las células», dijo Petra Levine, microbióloga de la Universidad de Washington en St. Louis, que no participó en el estudio.
El enorme suministro de ADN de Thiomargarita magnifica puede permitirle producir las proteínas adicionales que necesita. Cada Pepin puede producir un conjunto especial de proteínas necesarias en su propia región de bacterias.
El Dr. Voland y sus colegas esperan que después de que comiencen a cultivar la bacteria, podrán confirmar estas hipótesis. También abordarán otros misterios, como por ejemplo, cómo las bacterias pueden ser tan resistentes sin un esqueleto molecular.
“Puedes sacar un hilo de agua con pinzas y ponerlo en otro recipiente”, dijo el Dr. Foland. «Cómo se mantiene unido y cómo toma forma: estas son preguntas que no hemos respondido».
El Dr. Deet dijo que puede haber más bacterias gigantes esperando a ser encontradas, tal vez incluso más grandes que Thiomargarita magnifica.
«Cuánto pueden alcanzar, realmente no lo sabemos», dijo. «Pero ahora, estas bacterias nos han mostrado el camino».
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