Las bacterias de antes no usaban arsénico

DON  VITTO  GIOVANNI

PRESENTA:  BIOLOGIA  EN ARSENICO


Por Jorge Forno -  Pagina 12 



Desde el desconcertante mar con conciencia propia que proponía Stanislav Lem en Solaris hasta el archiconocido y previsible E.T., los creadores de ficción se las ingeniaron para imaginar formas de vida extraterrestre más o menos similares a las que alberga nuestro planeta. Pero para la ciencia el asunto no es tan sencillo. Las posibles formas de vida deben ceñirse a características muy claras y definidas, sin mucho lugar para el vuelo imaginativo. Una de ellas es la rigurosa presencia de seis elementos químicos indispensables para la formación de proteínas, genes, lípidos y otros componentes biológicos. Así como en una orquesta de cuerdas no pueden faltar los violines, los violonchelos, las violas y los contrabajos, para pensar la vida tal como la conocemos en la Tierra, el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, el azufre y el fósforo integran el selecto grupo de los constituyentes infaltables.

Si alguna forma de vida pudiera incorporar a sus moléculas constitutivas elementos químicos distintos a los que integran el grupo de los seis, y lo hiciera de manera estable y funcional, estaríamos frente a una verdadera revolución en la química de la vida. Pero, tanto en la bioquímica como en las sociedades, las revoluciones largamente anunciadas algunas veces tardan más de lo previsto y otras veces nunca llegan.

EL POLVO DE LA SUCESION

El arsénico es un elemento químico altamente tóxico que se puede encontrar en la naturaleza combinado con azufre o metales, y que ha adquirido a lo largo de la historia una triste pero bien ganada fama de poderoso veneno. Comenzó a obtener truculenta popularidad en la Francia del siglo XVII cuando, siendo el componente principal del llamado polvo de la sucesión, era utilizado en ciertos ámbitos para sacar del medio a competidores molestos en pos de alguna herencia esquiva. Con el tiempo, su letal fama se agigantó al ser reconocido como protagonista destacado de las novelas de Agatha Christie, de intrigas políticas que costaron la vida de papas y generales, y de resonantes casos policiales. Como si esto fuera poco, el arsénico también es un villano de fuste en cuestiones ambientales: sus partículas pueden afectar las fuentes de agua potable o el aire que respiramos. Ya sea como contaminante de aguas o alimentos, o servido en el café, en confituras caseras y en otras variadas e ingeniosas formas de deshacerse elegantemente de los enemigos, su acción letal está basada principalmente en la propiedad de reemplazar al fósforo en moléculas cruciales para el funcionamiento de los organismos vivientes.

Es que el arsénico y el fósforo tienen propiedades químicas bastante similares: pertenecen a un mismo grupo de la tabla periódica y comparten valencia (en buen criollo: la capacidad de combinarse con otros elementos químicos). Pero las diferencias empiezan cuando de estabilidad y funcionalidad se trata: como si integráramos violines desafinados a la orquesta de cuerdas, el arsénico ocupa el lugar del fósforo para alterar las funciones de enzimas, proteínas y mecanismos de absorción celulares, provocando disfunciones variopintas, que en sus formas agudas pueden anular la respiración celular y llevar a la muerte.


LOS CAMINOS DE LA VIDA

Las especulaciones científicas y no científicas sobre formas de vida que sean capaces de existir –aquí o en otros mundos– reemplazando a los elementos o sustancias básicas aceptadas actualmente por la biología no son nuevas. Por ejemplo, desde la ciencia ficción, el prolífico Herbert George Wells imaginó a seres constituidos por silicio y aluminio. Una idea que tiene sustento científico: el silicio, que comparte grupo y valencia con el carbono, podría reemplazar en ciertas condiciones a este elemento, puntal de la química orgánica. En el mismo sentido, ríos de metano o amoníaco podrían jugar el papel del agua terrestre en otros planetas, haciéndolos habitables para formas de vida exóticas. De la búsqueda de formas de vida extraterrestre se ocupa la exobiología, una disciplina que tiene un objeto de estudio aún hipotético.

La cuestión es que mientras no se pueda experimentar en el presunto lugar de los hechos, los exobiólogos deben conformarse con buscar formas de vida terrestre que, de acuerdo con los criterios que fijan los limitados conocimientos humanos, encajen con los parámetros que supuestamente tendría la vida en otros lugares del Universo. En ese sentido, las bacterias constituyen un formidable banco de pruebas. Existen especies que con gran pragmatismo microbiano pueden adaptarse a las condiciones más hostiles, soportando temperaturas extremas, escasez de nutrientes y otras situaciones poco amigables, similares a las que se espera hallar en ciertos sitios del cosmos.

Lanzados a la carrera con obstáculos que significa la búsqueda de organismos que estén en condiciones de vivir fuera de la Tierra, científicos de la NASA se ocuparon de encontrar un lugar que parece ser el infierno de los seres vivientes. Se trata del lago Mono, en California, con aguas de inusitada salinidad y extraordinaria presencia de tóxicos como el arsénico.


DAME TU VENENO

Hace años se sabe de algunos microorganismos que se las arreglan para eludir la toxicidad de los compuestos de arsénico en sitios increíblemente inhóspitos. En 1996, científicos de una universidad australiana dieron a conocer la existencia de un microorganismo, bautizado referencialmente como Chrysiogenes arsenatis, que posee la capacidad de utilizar compuestos arsenicales como fuente de energía. Otras bacterias que viven en las rocas volcánicas como las Pseudomonas arsenitoxidans, cepa NT-26, no sólo se ocupan de usar los derivados arsenicales como recurso energético sino que, además, al disminuir la toxicidad de su hábitat, ayudan a la colonización del difícil medio rocoso por bacterias no adaptadas.

En un trabajo publicado en The International Journal of Astrobiology, la investigadora de la NASA Felisa Wolfe-Simon y sus colegas de la Universidad de Arizona Ariel Anbar y Paul Davies habían formulado años atrás una hipótesis acerca de la existencia de microorganismos altamente afines al arsénico. Con este antecedente, la NASA y Wolfe-Simon se lanzaron a la caza de aquellas bacterias de tan extraños gustos bioquímicos en el tan extraño ambiente del lago Mono.


EL QUE BUSCA, ENCUENTRA

Según un artículo de cuatro páginas publicado en la revista Science el 2 de diciembre de 2010, el grupo de investigación de la NASA inoculó fango del lago Mono a un medio de cultivo extremadamente alcalino que tenía nutrientes y compuestos arsenicales, pero no fosfatos. Luego de varias diluciones, que llevaron la presencia de compuestos de fósforo a niveles insignificantes, hicieron crecer a las sufridas bacterias sobrevivientes en un medio carente por completo de fósforo, pero en presencia de arsénico. Y encontraron que una cepa bacteriana de la familia Halomonadaceae, tipificada como cepa GFAJ-1, crecía en ese medio experimental, aunque en cantidades y velocidades menores a las de un medio control con compuestos de fósforo. También comprobaron que la ahora archifamosa GFAJ-1 no crece en medios sin fósforo ni arsénico. Los resultados muestran que en realidad el menú arsenical es sólo una ración para la supervivencia ya que, puesto a elegir, el microorganismo prefiere los convencionales compuestos de fósforo, en el que crece con más fuerza y rapidez.

El grupo de la NASA avanzó sobre otro asunto relevante. Utilizando como marcador un isótopo de arsénico, observaron que ese elemento parece incorporarse a moléculas que constituyen el material genético, proteínas y lípidos de la bacteria. Hasta ahí lo que explica el artículo científico.



¿Y LOS EXTRATERRESTRES DONDE ESTAN?

El tema fue presentado con la estridencia propia de un anuncio revolucionario. La NASA convocó a una ronda de prensa en la que prometía anunciar “un descubrimiento astrobiológico que impactará en la búsqueda de evidencia de vida extraterrestre”. No era la primera vez que la agencia espacial estadounidense proclamaba sorprendentes descubrimientos astrobiológicos que luego se desvanecían en el aire, sin haber sido nunca sólidos. En 1996 se presentaron presuntas pruebas de pasada vida extraterrestre en un meteorito marciano, con rueda de prensa comandada por el director de la agencia y artículo en Science incluidos. Pero luego las pruebas fueron aplastadas por evidencias en contrario, de mayor peso que el meteorito supuestamente habitado en el pasado por los microscópicos marcianitos.

Para este nuevo anuncio todo fue más medido. Estuvieron los científicos, pero no las autoridades de la NASA y se contó con la transmisión en directo por el canal de Internet NASA TV, todo un signo de los tiempos que corren. La satisfacción que mostraron los científicos, en especial Felisa Wolfe-Simon, fue tan notoria como la ausencia contundente de referencias a la vida extraterrestre en el artículo de Science.

NI POCO, NI DEMASIADO

Los resultados difundidos en la revista presentan algunas conclusiones que, aunque preliminares, son destacables. Para empezar, Halomonadaceae GFAJ-1 incorporó el arsénico usado como trazador en cantidades similares a las que en condiciones normales incorpora fósforo, dando muestras de una formidable capacidad de adaptación microbiana. Además, los datos habilitan a los investigadores a postular que el arsénico ocupa en las estructuras celulares lugares propios del fósforo. Pero se está lejos de verificar si las bacterias podrían vivir y reproducirse en un medio natural sin fósforo, ya que usar arsénico es sólo un plan B. Si hay fósforo, prefieren decididamente el fósforo.

Por otra parte, esta sustitución forzada abre un interrogante acerca de la estabilidad y funcionalidad de las macromoléculas arsenicales, que sólo podrá ser confirmada por futuros experimentos. La investigación de Wolfe–Simon y sus colaboradores dejó en claro que los microbios crecen más lento en el medio estrictamente arsenical, y además lo hacen alterando su tamaño, como si se “hincharan”, dejando espacios vacíos y disfuncionales. Con estas salvedades, hablar de formas de vida que prescinden del fósforo y lo reemplazan por el arsénico resulta prematuro y aventurado.

Los investigadores aclararon en la rueda de prensa que estamos ante los primeros pasos de una investigación que debería prolongarse por varios años. Una aclaración dirigida a calmar los seguros cuestionamientos de los científicos más inquietos y a preparar el terreno para convencer a quienes deberán proveer de financiamiento a los proyectos futuros de la NASA. Mientras tanto, conviene ser precavidos ante anuncios sobre vida extraterrestre, que terminan siendo, por cierto, típicamente humanos y terrestres.

CELULAS DE LA BACTERIA GFAJ-1 CULTIVADAS EN ARSENICO.