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Cianobacterias Synechococcus. Wikimedia Commons / Masur

Las ventajas de nadar con pelo

Imaginemos por un momento que somos microorganismos marinos que viven en el inmenso océano. Como seres fotosintéticos que somos, necesitamos la luz del sol como fuente de energía. Estamos, en consecuencia, obligados a vivir en los primeros metros de la columna de agua, hasta donde la luz del sol penetra, y también donde hay nutrientes disponibles.

Para eso, nos hace falta un mecanismo que nos permita situarnos en este oasis de luz y nutrientes. Si no, correríamos el riesgo de acabar en las oscuras profundidades del océano. Este mecanismo, utilizado por algunas cianobacterias para mantenerse en la zona óptima de la columna de agua, es lo que hemos descubierto en el área de Microbiología de la UIB.

Las cianobacterias son vitales

Las protagonistas de nuestra historia son las cianobacterias marinas, los organismos fotosintéticos más abundantes de la Tierra. A pesar de su minúsculo tamaño, son muy relevantes para la vida en nuestro planeta. Su importancia es así de vital porque son:

  • responsables de producir el 25 % del oxígeno que respiramos;

  • la base de la cadena trófica en los ecosistemas marinos;

  • y organismos imprescindibles para la mitigación del cambio climático y el calentamiento global, gracias a su papel en la reducción del CO₂ en la atmósfera.

Nuestro descubrimiento tuvo lugar estudiando las proteínas que producían una de estas cianobacterias marinas, las Synechococcus. Lo que más nos llamó la atención fue ver que el 25 % de de esa producción correspondía a una sola proteína, la del pili. Los pili son unos apéndices extracelulares de aspecto filamentoso que se encuentran en diferentes tipos de bacterias. Algo así como sus pelos.

Estos filamentos se asociaban, hasta hoy, a formaciones de biofilms, movilidad sobre superficies o adquisición de DNA. Es decir, siempre se relacionaban con la fijación sobre una zona de contacto.

A partir de aquí es cuando surgió la gran pregunta: ¿por qué un organismo puramente planctónico (que vive en la columna de agua) invierte tanta energía en producir un apéndice para fijarse a superficies con las cuales posiblemente nunca entrará en contacto?

Fig. 1: Imagen de Synechococcus envuelta de pili. (Imagen modificada de Nature Communications)., Author provided

Lo primero que hicimos fue verificar que las Synechococcus realmente generaban los pili, y no solo las proteínas que hacían posible su producción. Para ello obtuvimos imágenes de los pili de las Synechococcus a través del microscopio electrónico de transmisión. Atónitos, comprobamos su gran abundancia y su longitud, de más de 10 µm. ¡Como si un humano tuviese pelos de 20 metros!

Un mutante “sin pelo” dió las claves

Para poder estudiar las funciones que los pili conferían a las Synechococcus, generamos un mutante que no produjese estos filamentos. Así podríamos comparar las ventajas que podían ofrecer los pili a la Synechococcus original en comparación con el mutante.

Fig.2: Synechococcus original (con pili) y su mutante (sin pili). (Imagen modificada de Nature Communications)., Author provided

Una vez conseguido el mutante, la primera ventaja quedó manifiesta inmediatamente en el cultivo. Mientras que la Synechococcus salvaje se extendía a lo largo de todo el medio de cultivo, el mutante sin pili que habíamos generado era arrastrado a la base del frasco de cultivo y ¡no podía flotar! (Fig. 2)

Fig. 3: Seguimiento de los movimientos generados por Synechocuccus con pili y el mutante que no los tiene. Los pili permiten a la bacteria situarse en una zona determinada, mientras que, quien no los presenta, se va al fondo. Las flechas indican la dirección del movimiento de las bacterias. (Imagen modificada de Nature Communications)., Author provided

Acabábamos de descubrir una nueva función de los pili: la de evitar el hundimiento de las bacterias. A diferencia de nosotros y de nuestro cabello, las bacterias pueden extender y retraer los pili rápidamente según sus necesidades. De esta manera, permiten a las Synechococcus poderse situar en las zonas más favorables de luz y de nutrientes de la columna de agua. Una clarísima ventaja en comparación con aquellos organismos que simplemente van a la deriva (Fig. 3).

Otra ventaja que los pili proporcionan a Synechococcus es la evasión de los depredadores. Es decir, los pili permiten que las bacterias que lo tienen puedan retrasar –o incluso evitar– ser devoradas por los herbívoros. Así, estos pelos larguísimos posibilitan a las Synnechococcus escaparse de sus perseguidores, como en el caso del protozoo Cafeteria, o retrasar su ingestión en caso de ser víctima de Uronema (Fig. 4).

Fig. 4: Cultivos de Synechococcus sin depredadores (control), con depredador 1 (Uronema) y depredador 2 (Cafeteria). En la fila superior se encuentran los cultivos con Synechococcus salvajes (con pili) y, en la inferior, los mutantes (sin pili). Estos últimos se ven más afectados por la ingesta de sus depredadores, como se comprueba por la pérdida de color de los cultivos, indicativo de la muerte de las bacterias. (Imagen modificada de Nature Communications)., Author provided

Un hallazgo con implicaciones ecológicas

El descubrimiento de estas nuevas funciones de pili en las cianobacterias no solo nos permite conocer más a fondo la vida de estos microorganismos. También tiene enormes implicaciones ecológicas, dado que condiciona dos de los pilares biológicos más importantes en los ecosistemas marinos. Nos referimos a la dinámica de las cadenas alimentarias entre las diferentes especies y al secuestro del carbono atmosférico hacia las profundidades de los océanos.

Fig. 5: Ventajas proporcionadas por los pili: evitar el hundimiento en las profundidades pudiéndose situar en las zonas de clorofila máxima (donde se encuentran la luz y los nutrientes) y permitir la evasión de los depredadores. (Imagen modificada de Nature Communications)., Author provided

Sin duda, si fuésemos un microorganismo fotosintético marino que vive en el inmenso océano, querríamos disfrutar de las ventajas que proporcionan estos filamentos: alimento y protección (Fig. 5).


Este artículo resultó finalista del II Concurso de Divulgación Científica de la Universitat de les Illes Balears.


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