¿Vivir a 100 grados centígrados o con pH 2 será posible?

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Imagen 1. Aguas termales Parque Nacional Yellowstone. EEUU. Autor de la imagen: Jim Peaco, Servicio de Parques Nacionales, EEUU. En Wikimedia commons.

Hola steemados amigos (as) y lectores. Gracias por leer, sus comentarios y apoyo.

En el post anterior comenzamos a desarrollar el grupo de las ARCHAEAS. En el tuvimos la oportunidad de revisar su estructura y su clasificación taxonómica.

Nos tocaba presentar los dos puntos que quedaron pendientes. Ellos son: Clasificación de las Archaeas según su modo de vida y su importancia científica y tecnológica.

Sin embargo, los temas resultaron demasiamos amplios y presentarlos los dos a la vez no es pedagógicamente recomendable.

Por esta razón tome la decisión de separarlos en dos post. Por ello, acá vamos a desarrollar solo el de la clasificación de las Archaeas según modo de vida y en el próximo trataremos su importancia científica y tecnológica.

Aclarado lo anterior demos comienzo al tema de hoy.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU MODO DE VIDA:

El modo de vida de la mayoría de las Archaeas es muy variado pero principalmente extraordinario. Por ello es común que sean agrupadas según este criterio.

Veremos que muchas de ellas viven en ambientes considerados extremos o hiperextremos donde otros seres vivos serían incapaces de sobrevivir. De ahí lo fascinante de su modo de vida.

Además, las características que les permiten vivir cómodamente en estos ambientes están siendo de mucha utilidad científica y tecnológica como veremos en el próximo post.

Pero ¿De donde surgen esas características? ¿Qué les permite vivir en ambientes extremos o hiperextremos?

Vamos a señalar algunas de las causas que se cree le confieren esa capacidad.

Presencia de enlaces éter:

En el post anterior señalamos que en la membrana celular de las Archaeas los lípidos se unen al glicerol a través de enlaces éter (Imagen 2) lo que contribuye a la formación de una monocapa resistente a ambientes extremos como altas temperaturas, concentraciones ácidas elevadas o ambientes muy alcalinos.

Lípidos de tipo isoprenoide:

Los lípidos de la membrana celular de las Archaeas son diferentes a los ácidos grasos presentes en la membrana de otros organismos. Estos están formados por cadenas de isopreno o isoprenoide que son ramificadas. Este tipo de cadenas ayudan a resistir altas temperaturas. Además permiten la formación de la monocapa fusionando las colas del isopreno.

Recordemos esta monocapa para tener más claro esta característica:

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Imagen 2. Estructura de la membrana. Arriba, fosfolípido de arquea: 1, cadenas de isopreno; 2, enlaces éter; 3, resto de L-glicerol; 4, grupo fosfato. En el medio, fosfolípido bacteriano o eucariótico: 5, cadenas de ácidos grasos; 6, enlaces éster; 7, resto de D-glicerol; 8, grupo fosfato. Abajo: 9, bicapa lipídica de bacterias o eucariotas; 10, monocapa lipídica de algunas arqueas. Nótese como las colas de los isoprenos se unen para formar la monocapa. Autor de la imagen: Franciscosp2. En Wikimedia Commons.

Malla de proteínas en la pared celular:

Ya señalamos, en el post anterior, que la pared celular de las Archaeas tiene proteínas. Estas son llamadas proteínas de superficie y forman una capa llamada capa S. Esta capa es en forma de malla y rígida y le da protección química y física a la membrana celular y a la célula misma. En las bacterias también existe la capa S pero que difiere en sus uniones a la de las Archaeas.

Presencia de extremoenzimas:

Probablemente una de la más importante. Las Archaeas tienen enzimas capaces de funcionar en ambientes extremos. O sea, cada tipo de Archaea extrema tiene un tipo específico de extremoenzima que funciona en el tipo de ambiente donde se desarrolla.

Las enzimas de los organismos que no son extremófilos en ambientes extremos se rompen o descomponen, por lo tanto, dejan de funcionar. Esto no pasa con las extremoenzimas.

Indicadas algunas de las posibles causas que pueden conferirles resistencia a la Archaeas pasemos a revisar los grupos según su modo de vida.

Son muchos los grupos que han sido conformados. Por ello trataremos de referirnos a los considerados como principales o más conocidos.

La mayoría de las veces el nombre del grupo depende de su hábitat y/o de su comportamiento fisiológico.

Es importante destacar que una Archaea puede formar parte no solo de un grupo sino de dos o tres. O sea, es capaz de soportar varias condiciones extremas.

Veamos cuales son los grupos más conocidos:

Metanógenas:

Deben su nombre a su capacidad de producir gas metano, proceso del cual obtienen su energía. Este proceso es conocido como metanogénesis y lo pueden realizar a partir de diferentes sustancias como CO2, acetato, monóxido de carbono (CO), metanol, etc. En el se utilizan coenzimas únicas de las Archaeas Metanógenas.

Son totalmente anaeróbicos, intervienen en el ciclo del carbono y viven en: lugares donde haya descomposición de materia orgánica, en sembradíos de arroz, sitios donde haya sedimentos como pantanos, lagos, ríos, hábitats marinos y cloacas (cañerías). También se han encontrado en glaciares de Groenlandia a profundidades de 3 km.

Pero, uno de los lugares más peculiares en donde viven es en los intestinos de algunos animales como termitas, vacas, oveja, caballo e incluso el ser humano, donde ayudan a descomponer la celulosa de los alimentos que estos ingieren.

El metano producido por las Archaeas, en los diferentes casos, es liberado a la atmósfera.

Se cree que, el aumento de animales que liberan metano (producido por metanógenas) como vacas, caballos, cabras, etc, aumento de los cultivos de arroz y la disminución de áreas boscosas influye en el aumento del calentamiento global.

Las Metanógenas se encuentran generalmente en el Filo Euryarchaeota y principalmente en las Clases Methanobacteria, Mathanococci, Methanomicrobia y Methanopyri.

Veamos dos ejemplos de ellas:

Metanógena 1:

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Imagen 3. Archaea Metanógena: Methanosarcina barkeri fusaro. Autor de la imagen: DOE. En Wikimedia Commons.

Metanógena 2:

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Imagen 4. Archaea Metanógena y Halófila: Metthanohalophilus mahii. Autores de la imagen: Spring, S.; Scheuner, C.; Lapidus, A.; Lucas, S.; Rio, T. G. D.; Tice, H.; Copeland, A.; Cheng, J.; Chen, F.. En Wikimedia Commons.

Termófilas:

Son Archaeas capaces de vivir en ambientes con temperaturas consideradas elevadas para la mayoría de seres vivos.

Según el grado de temperatura del ambiente donde viven se pueden señalar tres tipos de termófilas (imagen 5):

Termófilas moderadas. Son las que viven en ambientes con temperaturas que van desde 45 ºC a unos 65 ºC.

Termófilas extremas. Soportan temperaturas de 65 ºC hasta unos 85 ºC.

Hipertermófilas. Pueden vivir cómodamente a temperaturas superiores a 85 ºC llegando algunas a 113 ºC o 120 ºC.

Imagen 5. Del autor @josedelacruz. Tipos de termófilas: moderadas de 45 ºC a 65 ºC, extremas de 65 ºC a 85 ºC e hipertermófilas de 85 ºC hasta 120 ºC.

Generalmente las termófilas son a su vez acidófilas, por lo que, los ejemplos comúnmente coinciden.

El ejemplo más característico de las termófilas es el Pyrococcus furiosus. Es un hipertermófilo que se desarrolla a plenitud a 100 ºC.

Veámoslo en esta imagen:

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Imagen 6. Archaea. Dibujo de Pyrococcus furiosus. Autor de la imagen: Fulvio314. En Wikimedia Commons.

Otro hipertermófilo es Ignicoccus hospitalis. Su temperatura óptima de desarrollo es de 90 ºC pero puede vivir en un rango de 70 a 98 ºC.

A veces es parasitado o vive en simbiosis con otra Archaea, la Nanoarchaeum equitans.

Vamos a observarla en una imagen:

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Imagen 7. Archaeas: Ignicoccus hospitalis parasitado por Nanoarchaeum equitans. Autor de la imagen: Karl O. Setter. En Wikimedia Commons.

Otra hipertermófila es Pyrolobus fumarii capaz de vivir a 113 ºC.

Acidófilas:

Son Archaeas que viven en ambientes ácidos. Normalmente en un pH por debajo de 4. Es común que también sean termófilas por lo tanto son acidotermófilas.

Entre los Géneros más representativos se encuentran Sulfolobus, Picrophilus, Ferroplasma y Micrarchaeum (originalmente llamado ARMAN-2).

Sulfolobus. Son acidófilas y termófilas extremas ya que se desarrollan en ambientes en pH de 2 a 3 y temperaturas que van de 75 ºC a 80 ºC. Algunos las ubican como hipertermófilas. Incluye aproximadamente 10 especies.

Picrophilus. Son los organismos más acidófilos conocidos y pudiendo sobrevivir en pH de 0.06. No pueden vivir en un pH mayor de 4 por lo que se les considera acidófilos obligados. Comprende dos especies: P. oshimae y P. torridus.

Ferroplasma. Este Género tiene una sola especie: F. acidophilum. Se desarrolla en ambientes de pH 1.7 a una temperatura de 35 ºC. El nombre del Género se debe a que es un oxidante del hierro.

ARMAN. Su nombre es un acrónimo de Archael Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms. Constituyen 5 grupos, desde ARMAN-1 hasta ARMAN-5. Se desarrollan en pH menores de 1,5. Son unos de los seres vivos más pequeños que existen. De unos 300 nm (nanómetros) aproximadamente.

Veamos la imagen de dos acidófilos:

Acidófilo 1:

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Imagen 8. Archaea. Acidófilo del Género Sulfolobus infectado por el virus STSV1. Autor de la imagen: Xiangyuz. En Wikimedia Commons.

Acidófilo 2:

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Imagen 9. Archaea. Célula de una Acidófila del grupo ARMAN. Autor de la imagen: Brettibaker de Wikipedia en inglés. En Wikimedia Commons.

Halófilas:

Este grupo de Archaeas son amantes de sal y aeróbicas. Viven en ambientes de concentraciones de NaCl que van desde el 5% hasta el 25%.

Entre estos ambientes podemos citar los siguientes: Mar Muerto, Mar Rojo, lago salado de Utah (EEUU), etc. También se encuentran en la superficie de salones (carne salada) ya sea de carne roja o de pescado.

Pero revisemos algunos de los motivos que permite a estas Archaeas tener la capacidad de soportar estas concentraciones de sal:

Presencia del pigmento rodopsinaproteína:

Hay Géneros que contienen un pigmento llamado rodopsinaproteína. La proteína de estos pigmentos protege a la célula de altas concentraciones de sal.

Presencia del polihidroxibutírico:

Las halófilas pueden tener en su interior unos solutos que son compatibles con las sales. Entre ellos ésta el polihidroxibutírico. Estos solutos están en concentraciones mayores que el exterior por lo que el agua entra por ósmosis.

Hay que señalar que las halófilas pueden realizar reacciones fotosintéticas; no se considera fotosíntesis, gracias al pigmento bacteriorodopsina (les da un color púrpura) y así formar ATP. O sea, no utilizan clorofila para ello y tampoco fijan CO2.

Entre los Géneros más representativos tenemos: Haloquadratum, Halococcus y Halobacterium.

En Haloquadratum ésta la especie H. walsbyi (imagen 10) siendo la primera que fue identificada. Es una Hiperhalófila.

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Imagen 10. Archaea. Dibujo de Haloquadratum walsbyi. Autor de la imagen: Rotational. En Wikimedia Commons.

En el Género Halococcus las especies integrantes requieren ambientes de altas concentraciones de sal llegando a veces a un 32%. O sea son Hiperhalófilas. Entre sus especies se encuentran H. dombroskii y H. salifodinae.

En el Género Halobacterium también sus especies son Hiperhalófilas y algunas son de color púrpura debido a la presencia del pigmento bacteriorodopsina.

Observemos la imagen de un representante:

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Imagen 11. Archaea. Halobacterium sp.. Autor de la imagen: NASA. En Wikimedia Commons.

El Lago Hillier en Australia es de color rosado. Se cree que se debe a la presencia de Archaeas halófilas y de otros organismos halófilos como el micro alga halófila Dunaliella salina.

Veamos el aspecto de este lago:

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Imagen 12. Lago Hillier. De color rosado probablemente por la presencia de organismos halófilos: Archaeas y micro algas. Autor de la imagen: Aussie Oc. En Wikimedia Commons.

Radiófilas:

Son Archaeas muy resistentes a las radiaciones pudiendo ser también termófilas extremas o hipertermófilas.

El ejemplo más claro de este grupo es la Thermococcus gammatolerans. Es una hiperradiófila e hipertermófila. Soporta hasta 30.000 Gy (Gray: unidad de medición de dosis de radiación absorbida). El ser humano muere si se expone a solo 10 Gy. Su desarrollo óptimo es a 88 ºC con pH 6.

Veamos una imagen de ella:

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Imagen 13. Archaea Radiófila: Thermococcus gammatolerans. Autor de la imagen: Angels Tapias. En Wikimedia commnons.

Existen otros grupos de Archaeas extremófilas: Psicrofilas que viven en ambientes de frío extremo (-2 a +15 ºC), Alcalófilas que viven en hábitat de pH mayor de 9 y Barófilas viven en ambientes acuáticos de presiones extremas superiores a 400 atmósferas.

Sin embargo ya hemos desarrollado los más conocidos.

Es necesario destacar que no solo en las Archaeas existen organismos extremófilos. También los hay en las bacterias y en los organismos eucariontes. Sin embargo, escapan al tema de este post.

Hasta acá este post. Espero les haya gustado y les sea de utilidad. Quedan invitados a leer el próximo donde desarrollaremos el tema de la importancia científica y tecnológica de las Archaeas.

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