No necesitas un microscopio para ver las bacterias más grandes que existen

No necesitas un microscopio para ver las bacterias más grandes que existen

En los manglares del Caribe, los científicos han descubierto una bacteria que puede crecer 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 las bacterias más comunes como la E. coli. “Es como conocer a otra persona del tamaño del Monte Everest”, dice el microbiólogo Jean-Marie Wolland del Joint Genome Institute en Berkeley, California.

El Dr. Volland y sus colegas publicaron su investigación sobre la bacteria, Thiomargarita magnifica, en la revista Science el jueves.

Los científicos alguna vez pensaron que las bacterias eran demasiado simples para producir células grandes. Pero Thiomargarita magnifica resultó ser muy complicado. Con gran parte del mundo bacteriano aún por explorar, es muy posible que bacterias más grandes y complejas estén esperando a ser descubiertas.

Han pasado alrededor de 350 años desde que el pulidor de lentes holandés Anthony van Leeuwenhoek descubrió las bacterias raspando sus dientes. Cuando colocó la placa dental bajo un microscopio primitivo, se sorprendió al ver que los organismos unicelulares nadaban. Durante los siguientes tres siglos, los científicos descubrieron una variedad más amplia de bacterias, todas invisibles a simple vista. Por ejemplo, una célula de E. coli mide alrededor de 2 micrones, o menos de una milésima de pulgada.

Cada célula bacteriana es su propio organismo, lo que significa que puede crecer y dividirse en un nuevo par de bacterias. Pero las células bacterianas a menudo viven juntas. Los dientes de Van Leeuwenhoek están cubiertos con una membrana gelatinosa que contiene miles de millones de bacterias. En lagos y ríos, algunas células bacterianas se unen para formar filamentos.

Los seres humanos somos organismos multicelulares y nuestro cuerpo está formado por unos 30 billones de células. Si bien nuestras células también son invisibles a simple vista, generalmente son mucho más grandes que las bacterias. Un óvulo humano puede tener alrededor de 120 micrones de diámetro, o cinco milésimas de pulgada.

Las células de otras especies pueden crecer: las células similares a hojas producidas por el alga verde Caulerpa taxfolia pueden crecer hasta un pie de largo.

A medida que surge la división entre las células pequeñas y las grandes, los científicos buscan la evolución para comprenderla. Los animales, las plantas y los hongos pertenecen todos al mismo linaje evolutivo llamado eucariotas. Los eucariotas tienen muchas adaptaciones que les ayudan a construir células grandes. Los científicos razonaron que sin estas adaptaciones, las células bacterianas tendrían que permanecer pequeñas.

En primer lugar, una celda grande necesita soporte físico para que no se colapse ni se rompa. Las células eucariotas contienen hilos moleculares resistentes que funcionan como los postes de una tienda de campaña. Sin embargo, las bacterias no tienen este citoesqueleto.

Las células grandes también enfrentan desafíos químicos: a medida que aumentan de tamaño, las moléculas tardan más en desplazarse y encontrarse con los socios adecuados para reacciones químicas precisas.

Los eucariotas han desarrollado una solución a este problema al llenar pequeños compartimentos en sus células donde pueden tener lugar diferentes formas de bioquímica. Enrollan el ADN en un saco llamado núcleo, junto con moléculas que pueden leer genes para producir proteínas, o proteínas que producen nuevas copias de ADN a medida que las células se multiplican. Cada célula produce combustible dentro de pequeños bolsillos llamados mitocondrias.

Las bacterias no tienen los compartimentos en las células eucariotas. Sin un núcleo, cada bacteria normalmente lleva un bucle de ADN flotando libremente en su interior. Tampoco tienen mitocondrias. En cambio, normalmente producen combustible, con moléculas incrustadas en sus membranas. Este arreglo funciona para células diminutas. Pero a medida que aumenta el volumen de la celda, no hay suficiente espacio en la superficie de la celda para contener suficientes moléculas productoras de combustible.

La simplicidad de las bacterias parece explicar por qué son tan pequeñas: simplemente no tienen la complejidad necesaria para crecer.

Sin embargo, dice Shailesh Date, fundador del Laboratorio de Investigación de Sistemas Complejos en Menlo Park, California, y coautor del Dr. Volland, esa conclusión es demasiado apresurada. Después de estudiar una pequeña parte del mundo bacteriano, los científicos han elaborado una descripción general completa de las bacterias.

“Solo hemos arañado la superficie, pero hemos sido muy dogmáticos”, dijo.

Este dogma comenzó a desmoronarse en la década de 1990. Los microbiólogos han descubierto que algunas bacterias han desarrollado de forma independiente sus propios compartimentos. También encontraron especies visibles a simple vista. Por ejemplo, Epulopiscium fishelsoni fue descubierto en 1993. Esta bacteria vive en el pez cirujano y puede crecer hasta 600 micrómetros de largo, más grande que un grano de sal.

El biólogo de la Universidad de las Antillas, Olivier Gros, descubrió Thiomargarita magnifica en 2009 mientras inspeccionaba manglares en Guadalupe, un grupo de islas del Caribe que forma parte de Francia. El microbio, que parece pequeños trozos de espagueti blanco, forma una capa sobre las hojas muertas que flotan en el agua.

Al principio, el Dr. Gross no tenía idea de lo que había encontrado. Él piensa que la pasta podría ser hongos, pequeñas esponjas u otros organismos eucariotas. Pero cuando él y sus colegas extrajeron ADN de muestras en el laboratorio, descubrieron que eran bacterias.

El Dr. Gros se asoció con el Dr. Volland y otros científicos para observar más de cerca a estas extrañas criaturas. Se preguntaron si las bacterias eran células diminutas que se pegaban entre sí.

Pero de hecho, no lo es. Cuando los investigadores observaron el interior de los fideos bacterianos con un microscopio electrónico, se dieron cuenta de que cada fideo era su propia célula gigante. La longitud promedio de la celda es de aproximadamente 9,000 micrones, siendo la más grande de 20,000 micrones, lo suficientemente larga como para abarcar el diámetro de un centavo.

La investigación sobre Thiomargarita magnifica ha sido lenta porque el Dr. Vallant y sus colegas aún no han descubierto cómo cultivar la bacteria en su laboratorio. Actualmente, el Dr. Gross debe recolectar un nuevo suministro de bacterias cada vez que el equipo quiere realizar un nuevo experimento. No solo puede encontrarlos en las hojas, sino también en conchas de ostras y botellas de plástico en los sedimentos ricos en azufre de los manglares. Pero las bacterias parecen seguir ciclos de vida impredecibles.

“No he podido encontrarlos en los últimos dos meses”, dijo el Dr. Gross. “No sé dónde están”.

Dentro de las células de Thiomargarita magnifica, los investigadores descubrieron una estructura extraña y compleja. Muchos tipos diferentes de compartimentos están incrustados en sus membranas. Estos compartimentos no son los mismos que los de nuestras propias células, pero pueden haber permitido que Thiomargarita magnifica creciera a tamaños enormes.

Algunos de los compartimentos parecen ser fábricas productoras de combustible, donde los microbios pueden aprovechar la energía que consumen en forma de nitratos y otras sustancias químicas en los manglares.

Thiomargarita magnifica tiene otros compartimentos que se parecen mucho a los núcleos humanos. Cada compartimento contiene un bucle de ADN, que los científicos llaman pepinas por las pequeñas semillas en frutas como los kiwis. Mientras que una célula bacteriana típica tiene solo un bucle de ADN, Thiomargarita magnifica tiene cientos de miles, cada uno escondido dentro de su propia pepina.

Aún más notable, cada pepina contiene fábricas para construir proteínas a partir de su ADN. “Básicamente, hay muy pocas células en sus células”, dijo la microbióloga Petra Levine de la Universidad de Washington en St. Louis, que no participó en el estudio.

La gran cantidad de ADN de Thiomargarita magnifica puede permitirle producir la proteína adicional que necesita. Cada pepina puede producir un conjunto especial de proteínas en su propia región bacteriana.

El Dr. Volland y sus colegas esperan que una vez que comiencen a cultivar la bacteria, podrán confirmar estas hipótesis. También resolverán otros misterios, como por qué esta bacteria es tan resistente sin una columna vertebral molecular.

“Puedes sacar un filamento del agua con unas pinzas y ponerlo en otro recipiente”, dijo el Dr. Wallan. “Cómo se mantiene unido y cómo toma forma: estas son preguntas que aún no hemos respondido”.

Puede haber más bacterias gigantes esperando a ser descubiertas, tal vez incluso más grandes que Thiomargarita magnifica, dijo el Dr. Date.

“Qué tan grandes pueden llegar a ser, realmente no lo sabemos”, dijo. “Pero ahora, esta bacteria nos está mostrando el camino”.

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