lunes, 15 de enero de 2018

Yo quiero ser Microbiólog@ - Alba Blesa Esteban

Y yo quiero ser...Microbiólog@
(Por Alba Blesa Esteban)


Escucha música mientras lees, vete al final.

Ser microbiólogo no es algo que tengas claro desde la más tierna infancia. De hecho, cuando en los primeros años escolares te someten a la típica pregunta de: “y tú, ¿qué quieres ser de mayor?”, a parte de las populares respuestas de princesas y astronautas, es raro encontrar una réplica más allá del “científico”, siendo este caso muy extraordinario. Yo tenía clarísimo que la Naturaleza me interesaba y mucho, no solo por las asiduas visitas dominicales al zoo, la colección de cromos o mi afición por los documentales de Costeau, sino porque sentía que era una fuente inagotable de paisajes y especies distintas que convivían en más o menos armonía, de forma ordenada y a la vez enigmática. Pero había algo más, algo que no veía y que sin lugar a dudas, hacía que todo tuviera sentido, incluso en las condiciones más extremas. ¿Cómo podía haber vida a más de 100 ºC, en chimeneas hidrotermales y grietas volcánicas? ¿Y en el mar Muerto? Ya su propio nombre indica no ser demasiado hospitalario. Fue entonces cuando visitamos a unos amigos de Huelva  y nos llevaron de excursión  al río Tinto. El color rojizo del agua era intenso y continuo a lo largo de todo el tramo (Fig. 1). ¡Cuál fue mi sorpresa cuando nos dijeron que los responsables de ese color, al igual que el fuerte olor a huevo podrido, eran unos bichos minúsculos que vivían en las rocas debajo del cauce del río, comiendo (oxidando) hierro! Aquello que no vemos, los microorganismos, son los que hacen que el mundo sea tal y como lo vivimos. El ecosistema global depende de sus actividades ya que son ellos los que gobiernan los ciclos biogeoquímicos, permitiendo el correcto funcionamiento de los hábitats. Así, en el río Tinto, las asociaciones de diferentes bacterias sulfitoreductoras, hongos acidófilos y algas fotosintéticas, pueblan un ambiente antes concebido como inhabitable debido a su pH fuertemente ácido y gran concentración de metales pesados en solución.

Fig. 1. Río Tinto (Huelva)

¿Qué es la microbiología?

Como puede adivinar el lector, esta ciencia se centra en el estudio de los microorganismos. Dentro de este colectivo de tamaño microscópico (de ahí su nombre), encontramos bacterias, virus y hongos, al igual que otros menos conocidos como arqueas, algas, protozoos, priones y viroides (Fig. 2). Los microbiólogos estudian la identificación y clasificación de microorganismos, tarea realmente ardua debido a la enorme diversidad de los mismos, incluyendo cerca de un trillón de especies bacterianas y 1031 virus [1]. En concreto, investigan su fisiología, morfología y genética, así como las interacciones con otros microorganismos, con su entorno y con anfitriones tales como el ser humano. De hecho, a nivel clínico, los microbiólogos son la llave entre el laboratorio y el paciente, desarrollando un papel fundamental en el diagnóstico y asesoramiento del tratamiento. En este trabajo, los retos que trae consigo la aparición de nuevas cepas patógenas, el resurgimiento de algunas antiguas y su expansión a través de poblaciones con una inmunidad más comprometida, posiciona a los microbiólogos como piezas claves en el contexto sanitario. Asimismo, crisis recientes como las del Ébola y la gripe aviar H5N1, dos tipos de virus con enorme virulencia y gran capacidad contagiosa, han podido ser gestionadas exitosamente gracias al desarrollo de la ciencia microbiológica.

Fig. 2. La microbiología estudia diversos organismos de tamaño microscópico y multitud de formas.

Pero no todos los microorganismos suponen una amenaza en la vida diaria del ciudadano de a pie. Esto podemos comprobarlo en actividades tan cotidianas como el empleo de antisépticos en la higiene dental o comerse un yogur, producto de la fermentación combinada de Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus que lleva 4 milenios implementándose. Igualmente, si usted quiere fabricar cerveza artesanal en casa, convendría que conociese a las polifacéticas levaduras del género Saccharomyces. La cantidad de cereal, fuente de carbono y energía para las levaduras y sustrato de la fermentación de la cerveza, la cepa de levadura empleada así como el pH y la temperatura del proceso fermentativo determinarán que su producto final sea un elixir de placer o alcohol de quemar.

Microorganismos everywhere

No solo encontramos microorganismos en ambientes extremos, sino que realmente están en todas partes. Los microorganismos habitan todos los sitios del planeta y más allá. El mencionado ecosistema del río Tinto es un laboratorio vivo para la NASA debido a sus similitudes con el planeta Marte, arrojando importantes hallazgos acerca de la posible vida extraterrestre. Hasta hoy, han sido recuperados microorganismos con vida desde la estratosfera hasta en perforaciones de 4 km de profundidad, en nichos incrustados en fracturas rocosas y suspendidos en el aire, ampliando los límites de nuestro concepto de biosfera. El papel de lo infinitamente pequeño es infinitamente grande”, dijo Louis Pasteur. Y tanto que lo es. Generalmente los encontramos viviendo en comunidades llamadas biofilms, complejos altamente especializados y compartimentalizados, funcionando como ciudades microbianas de una o varias especies. Estos biofilms son los que nutren los tapetes microbianos antárticos, los que obstruyen y corroen cañerías y los que se emplean en técnicas de biorremediación de ambientes contaminados. Además, las poblaciones en los biofilms pueden comunicarse mediante quorum sensing, un lenguaje químico que informa acerca de cuándo volverse patógenos, cuándo intercambiar información genética o cómo mantener el volumen de otras poblaciones vecinas a raya, entre otros. Por ejemplo, un desajuste en la microbiota oral fomenta la proliferación de biofilms de determinados estreptococos responsables de caries y sarro dental. De hecho, estos bichitos que requieren de microscopio para ser visualizados, habitan nuestra piel, nuestro sistema digestivo y genital, de forma que albergamos 10 células bacterianas por cada célula humana [3]. Visto así, ¡somos fundamentalmente colonias de microbios!

Por qué estudiar microorganismos

Quizás la razón fundamental es porque son imprescindibles para la vida. En nuestro caso, el microbioma humano (Fig. 3), que comprende además de arqueas, hongos y virus, entre 500 y 1000 especies bacterianas diferentes [2], es quizás tan abundante y diverso porque no solo nos ayudan a metabolizar alimentos, sino que llevan a cabo la síntesis de micronutrientes y vitaminas tan importantes como la B12 y la K. Gracias al conocimiento generado a raíz de su estudio se están realizando transplantes de microbiota intestinal con éxito, corrigiendo disbiosis microbianas tras el uso prolongado de antibióticos o como terapia eficaz para la enfermedad de Crohn. Hemos comentado la existencia de varios microorganismos pató-genos, causantes de enfermedades devasta-doras tales como el SIDA, la polio, la neumonía o la tuberculosis, para cuyo control, erradicación y prevención es funda-mental el conocimiento de su metabolismo y genética. Pese a la mala fama que tienen y al origen de su nombre, no todos los virus son veneno. Gracias a su aislamiento y estudio molecular se han podido emplear como eficientes agentes terapéuticos en procesos infecciosos, han sido cruciales en el desarrollo de vacunas desde la época de Edward Jenner (1749-1823, pionero de la vacuna contra la viruela) y la esperanza en varios tratamientos de control y prevención del cáncer, conocidas como terapias génicas. También hay microorganismos que desarrollan un papel esencial en la economía, pues múltiples cepas microbianas son de uso extensivo en la industria agroalimentaria, energética y biotecnológica. No solo se emplean en la fermentación de vinos y vinagres, curación de quesos y otros derivados lácteos, también son la base de la “fabricación” de múltiples fármacos.

Fig. 3. Microbiota normal humana [3].

Además, son clave en la generación de biofuels o tratamientos de aguas. ¿Sabía usted que hay bacterias que se alimentan de residuos nucleares, de arsénico o mercurio? ¿Y otras como Geobacter o Shewanella, capaces de generar electricidad sin necesidad de mediadores artificiales? Así, en un futuro no tan lejano, los microorganismos podrían jugar un papel muy relevante como fuentes alternativas de energías renovables con un mínimo impacto en el medio ambiente. No solo el microbio entero es aprovechado sino que también algunas de sus partes como las enzimas, son de gran interés industrial a todas las escalas, desde los fermentadores industriales hasta el supermercado. Lipasas bacterianas son la base de los detergentes, se emplean proteasas para ablandar la carne o las xilanasas, que son responsables del blanqueamiento del papel, entre otros. Además, los microorganismos funcionan como modelos fundamentales en investigación, no solo por su rápido y relativamente fácil crecimiento, sino porque ejercen de patrón para organismos más complejos, por ejemplo, las bacterias fotosintéticas para plantas. No les mentiré, el trabajo del microbiólogo es fascinante, pero también duro y extenuante, como el de todo científico. Pese a la aparente simplicidad inicial que puede presentar nuestro objeto de estudio y trabajo, es impresionante la complejidad de las redes regulatorias de microorganismos que permiten su adaptación al medio y aceleran su desarrollo evolutivo, desafiando, por otro lado, nuestra comprensión. Por ejemplo, es pasmoso cómo puedes tardar meses hasta dar con la receta perfecta para hacer crecer en el laboratorio a una bacteria con una estructura celular simple y sin orgánulos ni compartimentos especializados, con un genoma mínimo y un ciclo vital básico.

Conclusiones finales

Mi fascinación por los microbios proviene no solo de su diversidad sino sobre todo de su plasticidad o capacidad para adaptarse a un ambiente en continuo cambio. Entre otras estrategias, son capaces de adquirir nuevos genes del microbio vecino, volverse virulentos o colonizar nuevos hábitats rápidamente si las circunstancias lo propician, o protegerse del enemigo secretando toxinas y camuflándose. Esta pluralidad morfológica, fisiológica y genética hace que los microorganismos sean una fuente de conocimiento y aplicación en áreas tan dispares, desde hacer pan hasta analizar muestras de agua de otros planetas o poder editar genomas a la carta. Así pues, es fácil imaginar que para el microbiólogo todos los días son maravillosamente diferentes. Además, desde un punto de vista laboral, siempre habrá un lugar para los microbiólogos ya que los microbios seguirán evolucionando rápidamente y siendo más listos. Nuevos mecanismos de resistencia emergerán, exigiéndonos desarrollar estrategias alternativas a las actuales para poder combatirlos. De igual manera, nuevos microorganismos se descubren diariamente y con ellos nuevas enzimas con un potencial interés clínico e industrial que explotar. Además, las tendencias de diagnóstico molecular que se están implementando en múltiples áreas experimentales, incluyendo la industria y la medicina, hacen del microbiólogo un activo solícito en este futuro próximo. Tal y como dijo Pasteur, “son los microbios los que tendrán la última palabra”. Nuestro reto es precisamente comprenderla.


Referencias:
[1] Editorial. 2011. Microbiology by numbers. Nature Reviews Microbiology 9, 628.
[2] Sommer, F; Bäckhed, F. 2013. The gut microbiota:masters of host development and physiology. Nature Reviews Microbiology 11 (4): 227–38.
[3] Willey, Sherwood, y Woolverton. 2014. Prescott´s Microbiology, 9ª ed. MacGraw-Hill.
Alba Blesa Esteban
Doctor en Microbiología y Biología Molecular.
Profesor contratado doctor de la Universidad Francisco de Vitoria, Madrid

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