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martes, 25 de octubre de 2016

De la forma

¿Quién dijo que las formas de las bacterias eran simples? (origen de la imagen)


Si hay algo que llama la atención del estudio de los eucariotas es la enorme diversidad de morfologías que uno puede encontrar: desde las secuoyas más grandes hasta el radiolario más pequeño. Los procariotas en cambio parecen bastante más simples y aburridos. Si uno abre la página 109 de la 7ª edición del “Microbiología Médica” de Murray, Roshental y Phaller se va a encontrar con que hay solo cuatro morfologías celulares: cocos, bacilos, bacilos curvos y espiroquetas. Pero en realidad, eso es debido a que tradicionalmente, la bacteriología ha sido una disciplina médica y esas son las típicas morfologías de las bacterias patógenas. Otra cosa que ayudó a establecer la idea de que las bacterias son o bien bacilos, o bien cocos, es que los microorganismos modelo de la Biología Molecular son los bacilos Escherichia coli, Bacillus subtilis y Streptococcus pneumoniae. Sin embargo, cuando uno empieza a observar a las bacterias que hay en el medio ambiente lo que se encuentra es que la diversidad de tamaños y formas no tiene nada que envidiar a la de otros seres vivos.

Esto es precisamente lo que describen en el artículo “Diversity Takes Shape: Understanding the Mechanistic and Adaptive Basis of Bacterial Morphology” de David T. Kysela , Amelia M. Randich , Paul D. Caccamo e Yves V. Brun. En el artículo no sólo realizan un pequeño catálogo de las diversas formas bacterianas que uno puede observar, también discuten la importancia que tiene esa morfología desde el punto de vista evolutivo. Recordemos que en biología uno de los paradigmas más importantes es el binomio estructura-función, y si un ser vivo tiene una determinada morfología suele ser porque esa morfología le ha ayudado a sobrevivir mejor en el habitat que ocupa. La forma de las bacterias ha sido moldeada por la selección natural, así que entender cómo pudo haber surgido esa diversidad nos puede dar muchas ideas sobre cómo funcionan las bacterias

Lo cierto es que la morfología bacteriana sí que se usó inicialmente como un carácter taxonómico importante. Todas las bacterias que tenían forma espiral, o que presentaban prostecas, o que eran bacilos helicoidales fototróficos, o cocos que se agrupaban en racimos, o..., acababan formando un taxón de mayor o menor categoría. Sin embargo, cuando llegó la filogenia molecular, muchos de aquellos taxones tuvieron que ser “reestructurados”. En el artículo ponen el ejemplo de las betaproteobacterias Rhodocyclus tenuis y Rubrivivax gelatinosus que antes estaban incluidas dentro del género Rhodospirillum incluido en la clase Alfaproteobacteria. Hablando en términos zoológicos, es como si hubieran descubierto que dos arañas estaban erróneamente clasificadas como insectos.

En la esquina superior izquierda una microfotografía de Rhodocyclus tenuis (barra 5 micras). A la derecha una microfotografía de Rhodospirillum rubrum a la misma escala. La distancia filogenética entre ambas bacterias es la misma que hay entre una araña y una hormiga, pero antes se las clasificaba dentro del mismo género debido, entre otros caracteres, a su morfología tan parecida. (Orígenes de las imágenes. R. tenuis, R. rubrum, araña, hormiga)


Al combinar los datos metagenómicos y los morfológicos se puede construir un árbol filogenético que nos de algo de información de cómo ha ido evolucionando la forma de las bacterias en los distintos phyla (ver el árbol filogenético de la figura inferior). Hay morfologías como las helicoidales (señaladas en verde) o las filamentosas (rojo) que aparecen repartidas por todo el árbol. Eso indica que ese tipo de forma ha aparecido de manera independiente y repetida en la evolución. En ese caso, si dos linajes diferentes llegan a tener la misma morfología ¿está generada dicha forma por una estrategia molecular convergente? ¿o es porque tienen estilos de vida similares?

Árbol filogenético del dominio Bacteria y morfología de diferentes bacterias. Se han representado 26 tipos de morfología (ver tabla de especies). Las abreviaturas indican los taxones principales. Los colores muestran las morfologías de un determinado tipo.  Ver las tablas inferiores para más información. Las diferentes bacterias no están a escala. Clickear encima para ver en mayor detalle. Origen de la imagen Kysela et al.  




Otras veces lo que se ve es que una determinada morfología está agrupada en una región del árbol, por ejemplo las ramificaciones de las actinobacterias (púrpura) o los apéndices de las caulobacterias (azul). En ese caso lo que ha ocurrido es que la morfología ha sido heredada de un ancestro común a todo ese agrupamiento. Las preguntas entonces son algo distintas ¿la persistencia de dicha forma es debida a una presión de selección? Si no todos los miembros de ese grupo son iguales ¿cómo y por qué pueden surgir variaciones morfológicas?

Lo cierto es que no está muy claro el porqué algunas bacterias tienen una determinada morfología y no otra. En líneas generales, los caracteres morfológicos pueden ser atribuidos a la adaptación a fuerzas selectivas tan diferentes como la adquisición de nutrientes, la adhesión a una superficie, la dispersión, la evasión frente a depredadores o la colonización de un hospedador. Si nos fijamos en las morfologías que aparecen en el árbol filogenético algunas son fáciles de asociar a una determinada característica. Por ejemplo, las formas helicoidales son óptimas para nadar en líquidos viscosos; los filamentos grandes suelen funcionar como una adaptación para evitar ser engullidos por protozoos; la ramificación en una bacteria acuática modifica su flotabilidad lo que le permite controlar la profundidad y así situarse en la zona de la columna de agua donde haya nutrientes. Algunas morfologías incluso sirven para cumplir más de una función. Herpetosiphon es una bacteria que forma largos filamentos que se entrecruzan entre si. Eso evita que pueda ser devorada por cualquier protozoo, pero a su vez le permite crear una red en cuyos “huecos” secreta enzimas hidrolíticas que lisan a otras bacterias de las que se alimenta.

Género Herpetosiphon. (a) crecimiento en medio sólido (b) crecimiento en medio líquido. Origen de la imagen


Y si la forma es tan importante en las bacterias ¿cómo consiguen hacerla? Eso lo veremos en la próxima entrada.

miércoles, 27 de julio de 2016

Olimpiadas Microbianas 2016



La revista Nature Microbiology acaba de publicar un artículo con los nuevos campeones olímpicos del mundo microbiano (si te interesa saber el palmarés del 2014 lo tienes aquí). Pasamos a exponer el medallero con los microbios citius, altius, fortius.

Maratón
En esta prueba se ha comprobado cual es el microorganismo con mayor capacidad de dispersión. El oro ha sido para el género Polaromonas desbancando a rivales de categoría como el virus Zika (bronce) o los firmicutes termófilos marinos (plata). Las Polaromonas han aprovechado las corrientes aéreas para estar presentes en todas los rincones del planeta.

Polaromonas

Piragüismo
El campeón en la modalidad eslalon fue Vibrio alginolyticus. Esta pequeña bacteria con forma de plátano es capaz de realizar giros bruscos de 90º gracias a que su único flagelo posee una propiedad muy peculiar. Tiene una inestabilidad estructural en la zona de inserción y eso le permite pandear y cambiar de dirección.



Ciclismo Biogeoquímico
En esta categoría se evalúa la capacidad de un equipo para aprovechar los estados de óxido-reducción de un determinado elemento y fue la más polémica de todos los juegos debido a las numerosas descalificaciones por dopaje ya que los equipos utilizaban una combinación de elementos químicos y no uno solo. Eso es lo que les pasó a los equipos carbono, hierro y nitrógeno. El único que no fue descalificado y por lo tanto quedó como campeón en solitario, fue el equipo del azufre compuesto por la bacteria reductora de sulfato Desulfosarcina variabilis capaz de producir sulfuros que eran aprovechados por el quimiolitotrofo Beggiatoa sp. que los volvía a oxidar a sulfatos.
El equipo Desulfosarcina /Beggiatoa en acción


Natación sincronizada
De nuevo los Vibrios mostraron que son las bacterias acuáticas por excelencia. En este caso Vibrio parahaemolyticus mostró su maestría y gracilidad en la competición de extenderse rápidamente y por sus propios medios en la superficie de una placa de agar semisólido. Bacillus subitlis y Proteus mirabilis ganaron la plata y el bronce respectivamente.



Esgrima
Los maestros en los sistemas de secreción de tipo VI (T6SS) se toman muy en serio la competición ya que literalmente les va la vida en ello. Los contendientes no sólo deben de ser expertos en el manejo de dichos sistemas, sino también en tener unas buenas defensas para evitar al sistema del contrario. En la figura podemos ver dos de los duelos. En el primero Acinetobacter baylyi (en rojo) consigue imponerse a Vibrio cholerae (en verde). Ambos contendientes muestran una técnica muy similar lanzando sus ataques del T6SS a diestro y siniestro, intentando golpear al adversario el mayor número posible de veces. En la siguiente ronda sin embargo Acinetobacter baylyi fue derrotada por Pseudomonas aeuroginosa que utilizó una táctica muy diferente. Sus ataques eran pocos pero muy precisos y destructivos ya que superaban con facilidad las defensas de su oponente



Equitación
La competición para medir la habilidad de un microorganismo simbionte para controlar el comportamiento de su hospedador estuvo muy reñida. Se confiaba en la capacidad del hongo zombificador brasileño Ophiocordyceps ya que jugaba en casa, pero fue sobrepasado por Wolbachia que consiguió transformar un crustáceo macho en hembra tras inhibir la funcionalidad de sus glándulas endocrinas.

Determinación sexual en el isópodo Armadillidium vulgare y efecto de la simbiosis con Wolbachia. Cordaux et al.


Triatlón
¿Cuál es la bacteria con mayor movilidad frente a un estímulo aeróbico? ¿Y la que tiene un ciclo de Krebs más eficiente? ¿Y la que mejor nada sobre agar sólido? En este caso la competición estuvo muy reñida entre Bacillus subtilis y Escherichia coli. Empataron en la carrera para pasar de un ambiente anóxico a uno aeróbico. E. coli superó por muy poco a B. subtilis en la eficiencia del ciclo de Krebs al poder usar el acetato. Pero la Gram positiva se impuso decisivamente al poder extenderse sobre la superficie de agar mientras E. coli se quedaba inmovilizada en un punto formando una colonia.



Salto de longitud
El premio quedó desierto debido a que todos los participantes dieron positivo en el test para la Transferencia Horizontal de Genes

¡Eso es todo amigos!

jueves, 21 de julio de 2016

Bacterias kamikazes para acabar con tumores

Kamikaze attack. Fuente. Durante la Segunda Guerra Mundial los japoneses descubrieron que la mejor manera de usar a los kamikazes era en oleadas en lugar de lanzar ataques individuales y sostenidos. De esa forma podían sobrepasar a las defensas aéreas


Uno de los sueños en el desarrollo de terapias anticancerosas es diseñar una herramienta nanotecnológica que pueda ser dirigida de manera precisa al tumor y que una vez allí libere el medicamento antitumoral sin que afecte a las células sanas. Hasta ahora se han desarrollado y probado desde nanopartículas magnéticas hasta virus modificados ex-profeso. Pero ahora entra en el juego un jugador bastante más grande: la bacteria Salmonella enterica.

El grupo liderado por Jeff Hasty acaba de diseñar una bacteria que puede actuar como un vehículo capaz de ser dirigido al tumor y una vez allí, la bacteria se lisa liberando el medicamento. En principio no parece algo muy novedoso ya que dicha estrategia se ha usado con otros objetivos (ver por ejemplo el blog microBIO). La novedad consiste en que las bacterias se lisan simultáneamente cuando legan al tumor, en ciclos sincrónicos, lo cual maximiza la eficiencia del medicamento al mismo tiempo que minimiza la toxicidad.

Los tumores crean un nicho ecológico bajo en oxígeno que se parece bastante al que se encuentra en otras partes del cuerpo como por ejemplo el lumen intestinal. Esas zonas de baja concentración de oxígeno son debidas a que no suelen tener mucha vascularización. Paradójicamente eso es una ventaja para el tumor, ya que esas zonas hipóxicas están relativamente protegidas del ataque de las células del sistema inmune. Pero si la hipoxia es mala para nuestras defensas no lo es para las bacterias. Ya en el siglo XIX los médicos alemanes W. Busch y F. Fehleisen y el norteamericano W. Coley llegaron a usar bacterias patógenas para intentar destruir tumores con un cierto grado de éxito. Las bacterias proliferan en el tumor compitiendo por los recursos y al mismo tiempo estimulan al sistema inmune. Sin embargo, hay que tener cuidado con que las bacterias no proliferen demasiado o podemos pasar de tener un enfermo con un tumor a un enfermo con una septicemia. Una mejora es modificar genéticamente a la bacteria para que se lise una vez ha acabado con el tumor, pero aunque la idea sobre el papel era buena en la práctica no parecía funcionar muy bien, hasta ahora.



El problema es que para ser efectiva dicha estrategia las bacterias debían lisarse de manera simultánea (algo parecido a lo que hace el Escuadrón Suicida Macabeo de La Vida de Brian). Y eso es precisamente lo que han hecho en el grupo de Hasty. Han acoplado el llamado sistema de percepción de quorum (quorum sensing) con la capacidad de encontrar un tumor y una vez allí liberar una toxina antitumoral mediante la lisis celular. El sistema de percepción de quorum permite que las células se comuniquen entre si regulando su expresión genética en respuesta a los cambios de densidad de población.

Cómo funciona el sistema de percepción de quorum.
En las bacterias Gram negativas se necesitan al menos tres componentes para hacer funcionar un sistema de percepción de quorum . Uno es la molécula señal, la acil-homoserin-lactona (AHL, esfera roja en el vídeo). Una proteína receptora, LuxR (esfera azul en el vídeo), que se activa cuando se le une AHL. LuxR es un regulador de la transcripción que al activarse permite que se expresen unos determinados genes controlados por el promotor PluxI, entre ellos el gen de la enzima LuxI, que producirá mucho más AHL. Eso hará que aumente la concentración de la sustancia lo que hará que se activen más LuxR de otras bacterias colindantes. La molécula AHL difunde sin problemas a través de la membrana con lo que se consigue que la concentración de dicha molécula sea similar en todas las células lo que asegura la ejecución sincronizada de cualquier programa genético controlado por LuxR


Los investigadores han usado un cepa atenuada de Salmonella enterica serovar Typhimurium para probar su sistema. Bajo el control del promotor PluxI han colocado cuatro genes que codifican para lo siguiente: la enzima LuxI, el gen de la hemolisina E, la proteína verde fluorescente (GFP), y el gen de la proteína lítica E del fago φX174. Si hay poca densidad poblacional de bacterias entonces no hay activación de dichos genes. Pero si se alcanza una densidad crítica, se activa la transcripción de los cuatro genes. Eso produce que se acumule la hemolisina E, la GFP y la proteína E en el interior de las bacterias. Cuando se alcanza un determinada concentración de proteína E, las bacterias se lisan liberando la hemolisina E y la GFP. La primera acaba con las células tumorales y la segunda permite seguir y monitorizar a las bacterias. Pero ocurre que no todas las bacterias mueren. Unas pocas sobreviven y vuelven a repoblar el nicho. Cuando se alcanza el nivel poblacional crítico todo el proceso se vuelve a repetir con lo que se acaba en un proceso sincrónicode crecimiento, lisis bacteriana y liberación de toxina.

Construcción genética para fabricar una bacteria kamikaze que se suicide en oleadas. En a podemos ver los cuatro genes controlados por el promotor PluxI (ver texto para la explicación). En b se muestra como la población activa la expresión de esos genes cuando llega a una determinada densidad poblacional. Debajo aparece el vídeo de como funciona dicho sistema. Fuente: Omar Din et al.  


¿Es efectiva esta estrategia? Los científicos lo han probado en ratones en combinación con quimioterapia. Han encontrado que los tumores se veían reducidos de tamaño, pero no conseguían hacerlos desaparecer y al final se volvían resistentes al tratamiento. Está claro que no es una panacea, pero es un paso más en el desarrollo de nuevas terapias

Esta entrada participa en la LIX Edición del Carnaval de Química cuyo blog anfitrión es Hablando de Ciencia.

Enlaces de interés: En el blog Microbichitos encontrarás Un intermitente de bacterias verdes para frenar a las células malignas por Miguel Vicente.

Referencias:

M. Omar Din, Tal Danino, Arthur Prindle, Matt Skalak, Jangir Selimkhanov, Kaitlin Allen, Ellixis Julio, Eta Atolia, Lev S. Tsimring, Sangeeta N. Bhatia & Jeff Hasty. Synchronized cycles of bacterial lysis for in vivo delivery. doi:10.1038/nature18930

Shibin Zhou. Synthetic biology: Bacteria synchronized for drug delivery. doi:10.1038/nature18915

jueves, 31 de marzo de 2016

#microMOOCSEM - Aprender Microbiología en twitter ¿pero qué locura es esta?



Pues puede parecer una locura, pero no lo es

Hace cosa de un año Ignacio López-Goñi, responsable del blog MicroBIO, se le ocurrió la idea de complementar el contenido de su curso on-line sobre virología con una serie de "tuits". Parecía una locura pero la idea fue todo un éxito y al poco tiempo la completó con una serie de "tuits" sobre aspectos más generales de la Microbiología. El caso es que este incansable navarro no ha parado hasta que ha conseguido involucrar a todo el grupo de Docencia y Difusión de la Sociedad Española de Microbiología en la impartición del próximo curso sobre Microbiología en twitter que empezará el próximo 5 de abril. Será el #microMOOCSEM

La información detallada sobre el curso la podéis encontrar en este artículo de la web de la revista Investigación y Ciencia, pero aquí os dejo la tabla con los temas, el profesor responsable y las fechas en que serán "tuiteados". Todos ellos se recogerán finalmente en una dirección de Storify.



Así que si os interesa la Microbiología, tenéis una cita todos los martes, miércoles y jueves a las 22 h (hora española) desde el 5 de abril hasta el jueves 2 de junio. ¡No lo olvidéis!

domingo, 31 de enero de 2016

Charles Nicolle y el tifus exantemático

Charles Nicolle (1866-1936). Origen de la imagen: Wikipedia


Este año se cumplirán 150 años del nacimiento de Charles Nicolle, microbiólogo francés que fue honrado con el premio Nobel en 1928 por sus trabajos sobre la transmisión del tifus exantemático o epidémico. Nicolle era el director del instituto Pasteur en Túnez desde 1903 (en ese tiempo era una colonia francesa). La tarea encargada a Nicolle era la de luchar contra el tifus, que de vez en cuando hacía estragos entre la población tunecina. Lo primero que intentó fue comprobar si la enfermedad era contagiosa o no. Para ello tomó unos cuantos cobayas y les inyecto sangre de pacientes enfermos con tifus. Lo esperable es que desarrollaran la enfermedad pero sólo en algunos cobayas se desarrolló un breve cuadro febril. Parecía que la enfermedad sólo se podía dar en humanos.

La investigación parecía estar en un punto muerto cuando Nicolle descubrió como se transmitía la enfermedad. El mismo reconoció que fue por pura casualidad. Cuando aparecía un brote epidémico el hospital se llenaba de pacientes. Se daba el caso de que las camas y salas se abarrotaban y los nuevos enfermos debían esperar en la entrada principal del hospital para ser admitidos. Una vez admitidos lo primero que se hacía con los pacientes era desnudarles y darles un baño caliente. Nicolle observó que se producían contagios con más frecuencia en esas largas colas y en la lavandería del hospital. Pero que los pacientes dejaban de ser un foco de infección desde el momento en que habían sido lavados y tenían ropa limpia. Esta observación era tan simple y sencilla que podría haber sido hecha por un gerente sin ningún tipo de entrenamiento sanitario. Deducí que debía de haber algún vector transmisor en la ropa o la muda de los pacientes, y que probablemente podrían ser los piojos los responsables de la transmisión del tifus entre los humanos.

Típico exantema provocado por una infección de tifus. Fuente: Wikipedia

Pero una cosa es una corazonada de cómo puede ser una vía de transmisión y otra es demostrarla. Como la enfermedad no podía ser estudiada en cobayas Nicolle pidió a Emile Roux, director del Insituto Pasteur en Paris, que le enviara unos poco chimpancés. En cuanto llegaron lo primero que hizo fue inyectar a uno de ellos con sangre de un paciente. El pobre chimpancé desarrolló la enfermedad a los pocos días y entonces Nicolle realizó la segunda fase de su experimento. Lo que hizo fue coger los piojos del chimpancé enfermo y transferirlos a otro sano. A los 10 días el animal había desarrollado el tifus. Para estar seguro, repitió el experimento con idéntico resultado. Una vez confirmado Nicolle aconsejó a las autoridades coloniales que tomaran medidas para combatir a los piojos, pues de esa manera controlarían el tifus. Las medidas fueron todo un éxito.

La siguiente fase del trabajo de Nicolle fue comprender como se producía dicha transmisión. Al principio pensó que el patógeno debía de ser transmitido por la picadura del piojo, pero descubrió que en realidad eran las heces del piojo el fómite. De hecho, el piojo también moría por la acción del patógeno que causaba el tifus y su cadáver se convertía en una especie de pequeña bomba biológica. También intentó desarrollar una vacuna que primero probó en si mismo. Como le funcionó la probó con niños, pero en ese caso todos desarrollaron tifus. Afortunadamente para Nicolle los niños  sobrevivieron a la enfermedad.

Células infectadas por Rickettsia rickettsii. Fuente: Wikipedia


Nicolle realizó todo este trabajo sin llegar a ver a la bacteria causante del tifus. Él creía que era un bacilo que a veces veía en algunas muestras, pero no fue capaz de cultivarlo. Hubo que esperar hasta 1916, cuando Henrique da Rocha Lima la identificó en el interior de las células de pacientes afectados de tifus. La bautizó Rickettsia prowazekii en honor de su colega Stanislaus von Prowazek, que había muerto de tifus en 1915. La primera vacuna exitosa contra una rickettsia fue desarrollada por R. R. Spencer y R. R. Parker para inmunizar frente a la fiebre de las Montañas Rocosas (provocada por Rickettsia rickettsii). Utilizaron extractos de intestino de garrapatas infestadas con rickettsia. En 1930 el polaco Rudolph Weigl desarrolló la primera vacuna contra el tifus usando un extracto de intestino de piojos infestados con Rickettsia prowazekii. Como las rickettsias no podían ser cultivadas in vitro lo que hizo Weigl fue lo siguiente. Primero criaba piojos, luego los infectaba. La forma de mantener vivos a los piojos era ponerlos en una caja con uno de sus lados cubierto con un paño. Weigl ponía su pierna desnuda sobre ese paño y así los piojos podían picarle y chupar su sangre. De esa forma se alimentaban y reproducían. Después cogía unos cuantos y les inoculaba las rickettsias mediante micro-enemas. Hay que reconocer que Weigl tenía dedicación y su curiosa y apasionante historia merece ser leída en Maikelnai's Blog. El procedimiento de obtención de la vacuna fue simplificado en 1938 por Cox cuando descubrió que las rickettsias podían ser cultivadas en huevos embrionados de pollo, de forma muy parecida a lo que se hace con muchos virus.

En la fotografía superior puede verse una serie de cajitas para cultivar piojos sujetas a la pierna de una voluntaria. En la fotografía inferior se puede observar a un piojo destripado. El color oscuro del aparato intestinal es por la sangre que ha chupado. Origen de las imágenes: Se busca alimentador de piojos


Preguntado por su colaborador Ludwik Groos, sobre el problema de las enfermedades infecciosas, Nicolle le dijo: Los microorganismos no tienen cerebro, ni siquiera una fracción minúscula. Si tuvieran algún entendimiento o una inteligencia mínima, serían capaces de destruir y aniquilar a toda la población humana del planeta; son invisibles y se transmiten de maneras que no conocemos, o que no entendemos y que por tanto no podemos anticipar


Bibliografía

Ludwik Gross. How Charles Nicolle of the Pasteur Institute discovered that epidemic typhus is transmitted by lice: Reminiscences from my years at the Pasteur Institute in Paris. PNAS (1996) 93 10539-10540

El blog cumple su octavo aniversario

jueves, 29 de octubre de 2015

Cine y Bichos: Marte (The Martian)

Origen del póster: Wikipedia


AVISO SPOILERS: Voy a contar partes del argumento




Cuando supe de esta producción lo primero que pensé es que iba a ser una especie de "Naufrago" (más bien es un Robinson Crusoe) pero situada en Marte. Tras su estreno, poco a poco en las redes sociales se comenzaron a acumular los comentarios positivos y laudatorios, sobre todo en los aspectos científicos de la historia. A estas alturas creo que casi todo el mundo sabe que es una adaptación de una novela escrita en el 2011 por Andy Weir y que fue publicada en internet. Weir intentó que su relato fuera lo más creíble posible desde el punto de vista científico. Afortunadamente Ridley Scott ha mantenido dicha pretensión en la adaptación a la pantalla y no ha hecho una "Prometheus" con tripulación de científicos-del-todo-a-100 explorando el primer rastro de vida alienígena encontrado por la humanidad.

Al final de la entrada encontrarás unas pocas de las numerosas páginas webs que han diseccionado la ciencia de esta obra. En general los comentarios son muy positivos, así que hay que reconocer a la NASA su estupenda campaña de relaciones públicas que parece continuar por buen camino después de "Interstellar". La mayor parte de las críticas se centran en la imposibilidad de que exista una tormenta como la que se muestra en el film debido a la tenue atmósfera marciana. La otra gran crítica es el problema de la falta de protección frente a la radiación. Y finalmente nos queda el tema de la hidracina y el agua. Ahora sabemos que en el subsuelo marciano es probable que haya agua, así que habría sido más fácil para Matt Damon calentar un terruño marciano que descomponer hidracina, pero cuando Weir escribió su novela se pensaba que Marte era un lugar muy seco.



De todas formas no vamos a dejar el tema de la hidracina, porque tiene que ver bastante con la Microbiología. La hidracina es un compuesto que se usa como combustible de cohetes, pero tiene un pequeño inconveniente: es super-tóxica. De hecho hubiera sido recomendable que Matt Damon tuviera puesta la escafandra y los guantes para manejarla. La hidracina es líquida, pero en la película se representa como una especie de cristalitos (¿quizás es algún tipo de material adsorbente al estilo de lo que es la dinamita a la nitroglicerina?). El caso es que la hace reaccionar para conseguir hidrógeno gaseoso que luego hacer reaccionar con el oxígeno y así obtener agua para poder crecer las patatas. Un poco rebuscado pero válido.

Carga de hidracina para la sonda espacial Messenger. . El operario lleva un traje de alta seguridad química (fuente de la imagen: Wikipedia)


Pues bien, un compuesto tan tóxico como la hidracina puede ser sintetizado por un tipo de microorganismos. Son los conocidos como "anammoxidadores" porque son capaces de realizar la oxidación anaeróbica del amonio. Básicamente llevan a cabo la siguiente reacción:

NH4+ + NO2- → N2 + 2 H2O + Energía


Puede parecer muy simple pero cuando algún microbiólogo ambiental proponía que en la Naturaleza debía haber algún tipo de microorganismo que realizara la oxidacióna anaeróbica del amonio lo mínimo que le podía pasar es que se rieran en su cara. Sin embargo en 1990 el laboratorio holandés de Gijs Kuenen presentó datos concluyentes de que dicha reacción existía y en 1999 se pudo aislar al primer microorganismo capaz de realizarla: la bacteria Brocadia anammoxidans. Pero las sorpresas no habían hecho nada más que empezar. Cuando B. anammoxidans fue observada al microscopio los investigadores se encontraron con una morfología totalmente inusual ya que la bacteria contenía un orgánulo membranoso en su interior. Al analizarlo encontraron que la membrana era una bicapa lipídica, pero el lípido era un laderano (el término ladder significa "escalón" en inglés). Al analizar su bioquímica descubrieron que la reacción anammox se producía precisamente en el interior de dicho orgánulo, por eso se le denomina anammoxosoma. Pero la traca final fue encontrar que uno de los intermediarios de la reacción era la hidracina. Como suele pasar esa última pieza resolvió todo el puzzle. Como hemos dicho antes la hidracina es muy tóxica, así que si se produce hay que tenerla muy controlada. La bicapa de laderano es una bicapa casi totalmente impermeable, así que la hidracina nunca sale de su interior. Es en la membrana de dicha donde se sitúan las enzimas que realizan la reacción anammox. Estas enzimas forman un complejo multimérico y recientemente se ha determinado su estructura tridimensional. Así que quizás en un futuro y con ayuda de la ingeniería genética quizás tengamos hidrazina 100% de origen biológico.

Estructura interna de Brocadia anammoxidans. El nucleoide es la masa oscura y el anammoxosoma es la zona central de la célula. Fuente: The anammox online resource


Estructura y función del anammoxosoma. La membrana de esta vesícula es una bicapa lipídica compuesta por laderano (molécula representada arriba a la derecha). Embebidas en dicha membrana se encuentran las enzimas responsables del proceso. La hidracina (N2H4) es un intermediario que se acumula en el interior de anammoxosoma. Fuente: Nature  


Pero el papel estelar de los microorganismos en esta película es en el de ser los responsables de que crezcan patatas sanas y hermosas. Matt Damon pone en práctica lo que dijo el microbiólogo Marcus Beijerinck - Todo está en todas partes - ampliado por su colega Lourens Baas Becking - "pero el medioambiente selecciona"- . En principio la materia fecal humana debe de contener micoorganismos capaces de interaccionar con las plantas y colonizar su rizosfera. Además, en 2014 apareció un artículo en el PLoS en el que se simulaba lo que sería plantar diversas plantas en suelo marciano. Se determinó que dichas plantas podrían crecer al menos durante 50 días antes de tener que añadir algún tipo de nutriente. Así que en principio, la idea de usar los excrementos como abono no es en absoluto descabellada, aunque hubiera sido mejor que realizara un pequeño compostaje de esos desechos. Donde sí que tengo que expresar mi crítica es en algo que va a suceder más adelante. En un momento dado hay una brecha en la estructura del invernadero y sufre una descompresión y congelación brusca. En la película se nos dice que eso significa que se ha quedado sin suministro de patatas, no porque no pueda reponer las plantas, sino porque se han congelado los microorganismos del suelo y eso ha provocado su muerte.

Típico congelador de -80ºC para el almacenamiento de cepas microbianas (Fuente: Thermo Scientific)


¿En serio? ¿Microorganismos muertos por congelación brusca? Pues no sé que demonios hacemos en nuestros laboratorios guardando todas nuestras cepas de microorganismos en congeladores de -80ºC. Adicionalmente, va incluso en contra de lo que hemos visto antes en la película. Recordemos que Matt Damon recoge los excrementos deshidratados de bolsas selladas que están almacenadas en el exterior de la base marciana. En este punto creo que los guionistas no han estado muy finos.

De todas formas, creo que es una gran y entretenida película con un buen trasfondo científico.

Otros enlaces de interés:
Astronautas y microbios
How scientifically accurate is The Martian?
Qué es realista y qué no en The Martian
Science fiction: Crusoe on Mars
The science behind "The Martian" and its partnership with NASA
What ‘The Martian’ gets right — and wrong — about life on Mars

Esta entrada participa en el LI carnaval de la Química que se aloja en el blog Scientia y que está dedicada a “La química en la pequeña y gran pantalla”.