Un estudio de la Universidad de Valparaíso, publicado en Frontiers in Microbiology, descubrió cómo la bacteria marina Cobetia marina modifica sus estrategias frente a las variaciones térmicas: a bajas temperaturas forma comunidades cooperativas, mientras que ante el calor extremo prioriza la protección de su material genético y la supervivencia individual.
Una investigación liderada por el doctor Alejandro Dinamarca y la doctora Claudia Ibacache, del Centro de Micro-Bioinnovación (CMBi) de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Valparaíso, publicada recientemente en la prestigiosa revista Frontiers in Microbiology, revela cómo las bacterias marinas despliegan complejas estrategias que les permiten alternar entre la construcción de comunidades cooperativas a bajas temperaturas, y blindarse individualmente y proteger su información para migrar frente al aumento de la temperaturas en el ambiente.
Tal como lo explicó el doctor Dinamarca, en el actual escenario de crisis climática, los modelos científicos confirman una aceleración sin precedentes en el calentamiento de los océanos y un aumento en la frecuencia de olas de calor.
“En este sentido, si los océanos experimentan cambios en su dinámica de temperaturas, es posible que los microorganismos marinos también se vean impactados afectando los ecosistemas marinos y por tanto la vida en nuestro planeta”, sostuvo.
El microbiólogo planteó que para comprender la magnitud y complejidad de este fenómeno, resulta fundamental conocer cómo los organismos marinos enfrentan la alteración en la dinámica de temperaturas.
Utilizando un microorganismo modelo como es una bacteria marina que habita en la mayoría de los océanos y ecosistemas marinos, los investigadores lograron describir cómo esta bacteria es capaz de modular su información genética para generar estrategias que se traducen en diferentes estilos de vida y también para confrontar eventos de calentamiento ambiental que llevan al límite de la supervivencia.
El estudio, publicado recientemente en Frontiers in Microbiology, analizó el comportamiento de la Cobetia marina, una bacteria aislada originalmente de pozas intermareales del océano Pacífico, ambientes costeros en los que la temperatura puede variar considerablemente a lo largo del día y de las estaciones del año. “En estos lugares, los microorganismos están adaptados a cambios ambientales que ponen a prueba su capacidad para crecer, diseminarse y colonizar”, afirmó.
El estudio, desarrollado desde un enfoque interdisciplinario mediante técnicas de microscopía avanzada, transcriptómica y ensayos de adaptación en laboratorio, fue liderado por los doctores Alejandro Dinamarca y Claudia Ibacache, del Centro de Micro-Bioinnovación (CMBi), junto a los investigadores Milan Stehlík y Oliver Schmachtenberg, de la Facultad de Ciencias. El equipo también contó con la participación de los jóvenes investigadores Pablo Herrera y Felipe Tapia, de dicha facultad; Karoll González-Pizarro y Luna Osses-Lobos, del CMBi; y Benjamín Serrano-Barba, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Valparaíso.
El doctor Dinamarca, autor principal del artículo, señaló: “Estudiando la capacidad de construir estructuras complejas, producir virus y biomoléculas y estructuras de transporte, a bajas temperaturas la bacteria despliega una estrategia basada en la optimización metabólica de los recursos reduciendo el crecimiento para favorecer la formación de estructuras complejas (biopelículas) y una vida social activa. Por su parte, a altas temperaturas, cercanas a su límite de sobrevivencia, la bacteria dejó de construir comunidades socialmente colaborativas y desarrolló estrategias para migrar y proteger su información genética”.
En esa línea, el investigador destacó: “En esta especie la biología ha perfeccionado diferentes mecanismos de adaptación que nosotros apenas empezamos a comprender: la capacidad de reprogramar su información para sobrevivir a las variaciones térmicas es realmente sorprendente y potencialmente extrapolable a otras formas de vida”.
Según los resultados de la investigación, el microbiólogo precisó que en un ambiente frío, a 16 °C, “la bacteria Cobetia marina se comporta de forma compleja, construyendo y estableciendo una comunidad socialmente activa que prioriza la vida en comunidad y optimización de los recursos disponibles por sobre el crecimiento. Es decir, a bajas temperaturas, la bacteria prioriza un programa genético optimizado para la colonización y la vida comunitaria. Utiliza sus flagelos —auténticos motores biológicos— y su maquinaria de quimiotaxis para explorar activamente su entorno hasta encontrar una superficie ideal. Una vez establecida, inicia la construcción de verdaderas metrópolis microscópicas, secretando una densa matriz de exopolisacáridos”. Asimismo, añadió que “estos polímeros extracelulares funcionan como crioprotectores en ambientes fríos, una adaptación fundamental en bacterias marinas donde estas sustancias protegen la integridad celular frente a las fluctuaciones del entorno”.
Sin embargo, advirtió el investigador, cuando la temperatura aumenta, esta estrategia cambia a un modo de sobrevivencia, que prioriza el escape y la protección individual y de la información biológica.
“Cuando la temperatura aumenta a los 38 °C, la bacteria alcanza un punto crítico de reprogramación en las condiciones experimentales estudiadas. Al alcanzar esta temperatura, la bacteria llega a un ‘límite transicional’ crítico. En lugar de forzar un crecimiento ineficiente, la bacteria entra en un estado identificado como ‘stop-and-reprogram’. A esa temperatura que está por sobre su condición óptima, se observa una caída drástica en la conectividad de sus redes de control genético”. Además, puntualizó que la bacteria realiza un sacrificio sistémico: “Se produce una regulación a la baja de funciones complejas y no esenciales, incluyendo el cese de la movilidad exploratoria o la comunicación intercelular.
Además, el doctor Dinamarca sostuvo que “al cruzar la frontera de los 41 °C, el comportamiento social colapsa. La bacteria Cobetia marina reprime drásticamente sus rasgos cooperativos —como el Quorum Sensing o comunicación química—, posiblemente para evitar el gasto energético que supone mantener una comunidad. El objetivo ya no es la construcción de una metrópolis compleja y dinámica, sino el blindaje de la información genética individual. En otras palabras, cuando la temperatura se vuelve extrema, mantener una comunidad deja de ser la prioridad. La bacteria concentra sus esfuerzos en proteger su material genético, reparar los daños que puedan afectar a sus células y producir proteínas que ayudan a conservar el funcionamiento de biomoléculas esenciales. También activa mecanismos de defensa frente al estrés oxidativo, un proceso que puede generar daño a las estructuras celulares".
Profundizando en la investigación, el doctor Alejandro Dinamarca expresó que para comprender hasta dónde puede llegar esta capacidad de adaptación, el equipo sometió poblaciones de Cobetia marina a un experimento de evolución adaptativa en el laboratorio (ALE). Durante 107 generaciones, las bacterias fueron expuestas a un aumento progresivo de 0,5 °C de la temperatura desde los 35 °C hasta los 42 °C. Los resultados revelaron modificaciones recurrentes en el gen csgD1 asociado a la producción de la proteína amiloide bacteriana curli, que participa en la formación de biopelículas. Entre ellas, los investigadores identificaron una mutación denominada D23Y, que modifica la proteína encargada de regular parte de este proceso.
“Esta mutación no actúa como un interruptor de apagado total, sino como un ‘dimmer’ o atenuador. Al ajustar estructuralmente el regulador csgD1, la bacteria fija genéticamente un estado de bajo consumo: reduce permanentemente la producción de la matriz del biofilm para liberar la energía necesaria que le permita destinar esos recursos a otras funciones necesarias para sobrevivir. Por tanto, confrontar la extinción por aumento de temperatura implicó a Cobetia marina sacrificar la estructura de comunidades complejas para establecer una estrategia de crecer y escapar protegiendo la información”, explicó.
Finalmente, el investigador reflexionó sobre las implicancias globales de este descubrimiento, advirtiendo que si bien la capacidad de la bacteria para enfrentar el calentamiento global demuestra una “extraordinaria plasticidad”, esta resiliencia tiene un “costo evidente”: la capacidad de colonizar y formar estructuras que sostienen la vida en el ambiente marino. Y concluyó con una interrogante: “Si la supervivencia al cambio climático exige que los arquitectos del océano sacrifiquen su complejidad social y sus estructuras comunitarias para salvar su ADN, ¿qué quedará de la biodiversidad marina tal como la conocemos? La bacteria Cobetia marina nos demuestra que la vida encontrará una forma de persistir, pero el costo de esa supervivencia podría ser un océano de supervivientes solitarios en búnkeres genéticos y posiblemente la productividad y diversidad se vea afectada”.
En la fotografía de portada, los doctores Alejandro Dinamarca y Claudia Ibacache. En la imagen al inicio, Cobetia en biofilm. Abajo, Cobetia a diferentes temperaturas.
Nota: Pamela Simonetti
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