martes, 26 de marzo de 2013

Al filo de lo imposible: microbios que sobreviven dentro de las rocas del desierto

Cerca del 20% de la superficie de la Tierra se consideran zonas áridas. Algunos desiertos se clasifican como zonas híper-áridas: el desierto de Atacama en Chile, es el más árido del planeta, donde se han registrado periodos de hasta cuatro años sin lluvias y fluctuaciones diarias de temperatura entre -25 y 30 ºC; en el desierto de Néguev en Israel se puede alcanzar los 50 ºC; y en el valle seco de McMurdo  en la Antártida, con vientos de hasta 320 km/h, la evaporación evita todo tipo de humedad por lo que no hay nieve ni cubierta de hielo.


Algunas de las zonas más inhóspitas del planeta nos recuerdan las imágenes de la superficie de Marte que envía el Curiosity. En la fotografía el desierto de Néguev (Israel), donde según la tradición bíblica Abraham, Isaac y Jakob cuidaban sus rebaños.

La falta de agua del desierto no es la única condición desfavorable para la vida. En estas zonas desérticas además de la aridez, los seres vivos deben defenderse de la luz solar, de la intensidad de la luz ultravioleta, de las altas y bajas temperaturas y de sus rápidas fluctuaciones, de los altos índices de evaporación, de los largos periodos de desecación y, frecuentemente, de los altos niveles de salinidad. Vamos, que sobrevivir en estos desiertos no es nada fácil. 

A pesar de ello, los investigadores han sido capaces de detectar la presencia de microorganismos que han desarrollado estrategias para colonizar las zonas más inhóspitas del planeta. En estas condiciones, algunos microorganismos han encontrado micro hábitats que les permiten sobrevivir, como los poros o fisuras microscópicas que se encuentran en el interior de las rocas del desierto. Los investigadores han aislado microorganismos no solo de la superficie de las rocas o del espacio entre éstas y el suelo propiamente dicho, sino incluso del interior de las rocas. Hay por tanto microbios que se refugian dentro de las rocas. Esos hábitats les pueden proporcionar la suficiente humedad para poder vivir, les protege de la radiación UV letal, del viento y de los cambios de temperatura y, en muchos casos permite el suficiente paso de luz como para realizar la fotosíntesis. Se han aislado cianobacterias  fotosintéticas, como los géneros Chroococcidiopsis y Gloeocapsa, bacterias no fotosintéticas, arqueas, y asociaciones de algas y hongos, como los líquenes. Aunque el agua es esencial para la vida, una muy pequeña cantidad puede ser suficiente para la supervivencia de algunos microorganismos, que pueden obtener vapor de agua de condensación dentro de los espacios que dejan los poros en el interior de las rocas.


En la imagen de la izquierda se muestra un corte de una roca volcánica del desierto de Atacama en la que se puede ver una capa de color verde en su interior (flecha), que corresponde con microorganismos fotosintéticos. En la derecha se muestra una imagen de microscopia electrónica de barrido de un poro de una de estas rocas: las estructuras grumosas son microorganismos.

Estos ecosistemas extremadamente áridos son un excelente laboratorio para investigar los límites de la vida en nuestro planeta y las estrategias que emplean los microorganismos para adaptarse a estas condiciones. Además, estos estudios pueden darnos información sobre la historia de la vida no sólo en la Tierra si no también en otros lugares de nuestro sistema solar, como Marte. 

Microorganisms in desert rocks: the edge of life on Earth. Wierzchos, J., et al. International Microbiology (2012) 15:173-183 doi: 10.2436/20.1501.01.170 
http://www.im.microbios.org/1504/03_Wierzchos.pdf 

miércoles, 13 de marzo de 2013

Bye-bye PCR: el chip “prodigioso” que detecta bacterias en 30 minutos

El control de las enfermedades infecciosas causadas por bacterias patógenas depende de un diagnóstico rápido  y preciso. Según el tipo de microorganismo, es necesario su cultivo en el laboratorio lo que puede resultar peligroso y en muchos casos necesitar varios días e incluso semanas. Algunos microorganismos simplemente no crecen en los medios de cultivo. Desde hace ya muchos años se han ido desarrollando ensayos moleculares basadas en la amplificación específica del genoma de la bacteria mediante la técnica de la PCR (Polymerase Chain Reaction, pincha aquí si quieres ver un vídeo [1:47] que explica cómo funciona la PCR).

Son decenas de miles los artículos científicos publicados sobre el empleo de esta técnica para detectar patógenos microbianos. Pero la reacción de PCR también tiene algunas limitaciones: emplea componentes enzimáticos muy sensibles que requieren una cuidadosa purificación de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) de la bacteria, y sofisticados y caros termocicladores. Además, la técnica requiere ciertas habilidades por parte del personal. Por eso, sigue siendo un reto el desarrollar tecnologías sencillas y baratas que permitan un diagnóstico rápido y preciso.

Un grupo de investigadores canadienses han desarrollado un pequeño dispositivo que combina un sistema para romper y lisar las bacterias con un biosensor electroquímico ultrasensible capaz de detectar la bacteria. 

El chip incluye un biosensor que contiene unas sondas (monocadenas de ADN específicas) que al unirse o hibridarse con el ADN complementario de la bacteria generan una respuesta electrocatalítica que se traduce una señal eléctrica detectable.

El sistema integra en un único dispositivo todo lo necesario. Primero se introduce a través de una jeringa en una cámara de lisis la muestra problema, que contiene las bacterias.  Se aplica una descarga eléctrica capaz de romper y lisar las bacterias, lo que libera sus ácidos nucleicos. La muestra pasa al chip de detección que consiste en unos microelectródos que detectan secuencias de ácidos nucleicos específicas que se unen a sondas moleculares inmovilizadas en el sensor. Esta reacción de hibridación genera una señal eléctrica fácilmente detectable en el sensor. El proceso se completa en menos de 30 minutos.

El chip lo han validado con muestras de Escherichia coli (una bacteria Gram-negativa) y de Staphylococcus (Gram-positiva y más resistente a la lisis). Comprobaron que la descarga eléctrica era capaz de romper ambas bacterias y liberar sus ácidos nucleicos. Y mediante hibridación con sondas específicas detectaron cantidades tan pequeñas como 1 bacteria por microlitro! También lo ensayaron con muestras de orina contaminadas con las mismas bacterias.  

Es el primer sistema de detección “PCR-free” basado en un chip que incluye una cámara de lisis acoplada a un microsensor ultrasensible.  Todos los componentes del sistema son muy baratos y están integrados en un solo dispositivo muy fácil de usar.

Aunque es necesario realizar más pruebas con diferentes tipos de microorganismos, a distintas concentraciones y en muestras biológicas reales, no cabe duda que este nuevo chip  “prodigioso” puede ser el comienzo de una nueva revolución en la detección de microbios patógenos, como lo fue en su día la PCR: la “vieja” PCR que quizá ahora pase ya a los libros de historia!

Lam, B., et al. (2012). Polymerase Chain Reaction-Free, Sample-to-Answer Bacterial Detection in 30 Minutes with Integrated Cell Lysis Analytical Chemistry, 84 (1), 21-25 DOI: 10.1021/ac202599b