La vida ha encontrado formas de superar e incluso prosperar, en muchas situaciones extremas, desde piscinas súper salinas hasta las altas temperaturas de los respiraderos hidrotermales. Un nuevo experimento ha demostrado que la microgravedad que se encuentra en el espacio también es un entorno en el que la vida puede adaptarse.

Los investigadores de la Universidad de Houston utilizaron dos cepas casi idénticas de E. coli no patógena, una bacteria común que se encuentra en las tripas de los animales, y ponerlos a prueba. Una cepa, NCM520, se cultivó en un matraz en condiciones normales de gravedad terrestre, mientras que el otro, MG1655, fue colocado en una cámara especial prestada por el Centro Espacial Johnson que simula la microgravedad. Lo suficientemente pequeño como para caber en las palmas de tus manos, el recipiente de alta relación de aspecto (HARV) gira lentamente (aproximadamente 25 rpm) sobre su costado, de modo que los microbios que crecen en el medio líquido del interior están en caída libre.

Después de crecer durante mil generaciones en el HARV, mucho más que cualquier experimento anterior con bacterias, la cepa MG1655 había superado a la cepa controlada por gravedad, NCM520, por un factor de tres a uno. Los investigadores infirieron que el estrés de estar en un entorno de microgravedad había provocado una adaptación que aumentó la competitividad de la cepa MG1655.

"Llevar a cabo estos estudios en la Tierra mediante la simulación de la microgravedad es extremadamente importante si queremos obtener una imagen más completa de la supervivencia microbiana en el espacio". "dice Madhan Tirumalai, el investigador principal y microbiólogo de la Universidad de Houston.

El equipo de Tirumalai quería saber si esta adaptación se produjo a nivel genético, o si fue una respuesta fisiológica al cambio de gravedad. Como analogía, si una persona se traslada de un lugar frío al ecuador, ¿Cómo se adapta al cambio de temperatura? ¿Y volver a casa borraría esas adaptaciones? El borrado significaría que las adaptaciones son fisiológicas, no genético.

Los investigadores encontraron que el 72 por ciento de la ventaja adaptativa de la cepa MG1655 se retuvo después de su regreso a la gravedad normal y el crecimiento posterior durante otras 10 o 20 generaciones. Los investigadores concluyeron que, si bien algunos de los cambios eran fisiológicos, los que quedaron cuando regresaron a la gravedad de la Tierra tuvieron lugar a nivel genético y dieron a la cepa adaptada a la microgravedad una ventaja sobre la cepa no adaptada. Un examen más detenido mostró que 16 genes habían mutado en MG1655, incluidos cinco genes relacionados con la formación de biopelículas:el surA, fimH, trkH, genes fhuA y ygfK.

Las biopelículas son colecciones delgadas de células que se unen para permitir una mejor distribución de los recursos y una mejor adherencia a las superficies. Una tasa mejorada de formación de biopelículas es ventajosa para la supervivencia bacteriana y esta adaptación a la microgravedad aparentemente mejoraría la capacidad de las bacterias para colonizar superficies en entornos espaciales. Aunque la investigación de Tirumalai tiene implicaciones para la capacidad bacteriana de colonizar la Estación Espacial Internacional, otros investigadores ahora podrían comenzar a preguntarse si estudios de adaptación similares podrían ayudar a explorar la posibilidad de que las bacterias puedan sobrevivir en entornos extraterrestres, como los asteroides, cometas o lunas pequeñas.

"Ponga un organismo microbiano bajo cualquier condición de estrés o en un nuevo tipo de ambiente y durante un período de tiempo comenzará a sufrir mutaciones en una dirección que lo ayudará a obtener algún tipo de ventaja de crecimiento para sobrevivir, "dice Tirumalai.

Los hallazgos representan una forma de "evolución experimental, "en el que la evolución de una cepa bacteriana es manipulada por los entornos experimentales y el estrés en el que se coloca la bacteria, dice el microbiólogo Robert McLean, un biólogo de la Universidad Estatal de Texas que no participó en la investigación de Tirumalai.

"Desde mi perspectiva, la importancia de estos hallazgos es que algunas mutaciones previamente desconocidas ocurrieron en la cepa de E. coli expuesta a microgravedad, "dice McLean." Estos representan cambios a largo plazo, que la evolución experimental puede probar ".

Riesgos de salud

También existe una posible conexión entre el crecimiento de biopelículas y la virulencia de las bacterias. Aunque las cepas de E. coli que se utilizaron en el experimento no eran patógenas, el conjunto de genes responsables de la formación de biopelículas en cepas patógenas está estrechamente relacionado con los genes implicados en la patogenicidad. Los cambios en un conjunto de genes provocarían cambios en el otro conjunto.

"Existe la probabilidad de que los genes virulentos sufran mutaciones y selección para hacer que las cepas se vuelvan más virulentas, "dice Tirumalai.

Otra prueba de esto es el caso de la cepa patógena Salmonella enterica serovar Typhimurium. Experimentos anteriores dirigidos por el genetista James Wilson de la Universidad de Villanova mostraron que esta cepa de salmonela se volvió más virulenta después de la exposición a la microgravedad.

"La formación de biopelículas es fundamental no solo para la colonización bacteriana, sino que también está relacionada con la virulencia bacteriana, "dice Tirumalai.

Aparte de las implicaciones astrobiológicas, los hallazgos también podrían revelar problemas para los astronautas en la Estación Espacial Internacional o en viajes al espacio profundo. Las biopelículas pueden contaminar los sistemas de reciclaje de agua, mientras que una mayor virulencia podría representar un riesgo para la salud de los astronautas. Sin embargo, queda por confirmar si bacterias como E. coli o Salmonella lo hacen, Por supuesto, comportarse de esta manera en un entorno espacial real, o si la microgravedad afecta a otras bacterias de esta manera.

"Otras bacterias y organismos pueden hacer algo completamente diferente, "advierte McLean.

Sobrevivir en el espacio

Suponiendo que otras bacterias actúan como E. coli en microgravedad, esto podría tener consecuencias importantes para la astrobiología. La teoría de la panspermia sugiere que el material biológico podría transferirse entre los cuerpos planetarios a través de asteroides y desechos espaciales. pero requeriría que los microbios prosperen durante largos períodos en el espacio. Es posible que la vida haya cambiado la Tierra por Marte y viceversa tras los enormes impactos que enviaron al espacio escombros rocosos llenos de microbios. McLean sugiere que para que la vida sobreviva a tal viaje, primero debe resistir el calor y la energía del impacto inicial que lo lanzó al espacio, luego las condiciones extremas del espacio interplanetario, y finalmente el calor y la energía de entrar a la atmósfera e impactar el suelo en un nuevo planeta.

McLean señala que su investigación muestra que las bacterias pueden sobrevivir al reingreso y al impacto. Su grupo llevó a cabo un experimento microbiano para probar si se podían formar biopelículas en el espacio a bordo del último vuelo del transbordador espacial Columbia en 2003 y descubrió que, milagrosamente, la bacteria sobrevivió a la destrucción del transbordador espacial. Actualmente se desconoce, sin embargo, si el aumento de la formación de biopelículas en el espacio fortalecería la probabilidad de que los microbios pudieran sobrevivir a las condiciones espaciales.

"No sé si el crecimiento de biopelículas marcaría la diferencia o no, "dice McLean, "pero sería interesante probarlo".

Se podrían realizar más experimentos en HARV en la Tierra, pero para confirmar que las bacterias realmente se comportan de manera similar en el espacio, Tirumalai cree que es crucial que pongamos en órbita estas pruebas.

“Ahora es muy importante realizar estos experimentos en la Estación Espacial Internacional y ver cómo estos organismos responden a las condiciones espaciales reales, "dice Tirumalai.

Dados los costos y las dificultades para realizar experimentos en la estación espacial, acepta que es posible que esto no suceda pronto.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.