El enigma de la formidable resistencia de algunas bacterias a la radiación

Los organismos más resistentes de la Tierra, llamados extremófilos, pueden sobrevivir a condiciones capaces de matar a casi todos los demás seres vivos, como una sequedad extrema (desecación), un frío o un calor extremos, el vacío espacial, una acidez muy fuerte o incluso la radiación intensa. Hasta ahora, la más sorprendente de todas parece ser la bacteria Deinococcus radiodurans, capaz de sobrevivir a dosis de radiación mil veces mayores que la que resulta mortal para los seres humanos.

Un misterio evolutivo viene desconcertando a la comunidad científica desde hace tiempo. Teniendo en cuenta que el ambiente de la Tierra ha estado lo bastante protegido de la radiación solar, ¿cómo es posible que haya surgido en la evolución esa resistencia a dosis de radiación tan descomunales que parece más propia de microorganismos alienígenas acostumbrados a un ambiente muy distinto del de la Tierra?

Algunos científicos sugirieron que la resistencia a la radiación en los organismos extremófilos pudo forjarse de manera secundaria cuando se desarrollaron otros tipos de resistencia aparentemente más útiles en nuestro planeta, como por ejemplo la resistencia a la desecación. Sin embargo, incluso admitiendo que ocurriera de ese modo, quedaba pendiente una pregunta: ¿qué genes están específicamente involucrados en la resistencia a la radiación?

Para responder a esa pregunta, el equipo de Michael M. Cox, de la Universidad de Wisconsin-Madison en Estados Unidos, decidió realizar una serie de experimentos con radiación y «dejar que las células se lo dijesen». Los investigadores comenzaron con la bacteria E. coli, que de manera natural no es resistente a la radiación. Expusieron bacterias de esta especie a sesiones de radiación de alto nivel alternadas con pausas para que la población volviera a aumentar a partir de las bacterias supervivientes. Después de muchas rondas de exposición a la radiación y de crecimiento poblacional, surgieron algunas poblaciones que claramente eran mucho más resistentes a la radiación que sus ancestros con los que se inició la serie de experimentos. Valiéndose de la secuenciación del genoma completo, los investigadores estudiaron las alteraciones genéticas aparecidas en cada población resistente a la radiación y determinaron qué mutaciones proporcionaban a las nuevas bacterias su resistencia a la radiación.

En su primera investigación, el equipo de Cox comenzó exponiendo a bacterias E. coli a 50 rondas de radiación (Bruckbauer y otros 2019b). Después de unas 10 rondas, surgieron algunas poblaciones resistentes a la radiación, y después de 50, el estudio de su perfil genético puso de relieve tres mutaciones responsables de la resistencia a la radiación, todas en genes vinculados a mecanismos de reparación del ADN.

En su más reciente estudio, el equipo expuso poblaciones de la bacteria a 50 rondas más de radiación.

Los resultados de este nuevo estudio muestran que las poblaciones de E. coli resistentes a la radiación continuaron evolucionando y surgieron subpoblaciones claramente diferenciadas.

En los experimentos de esta investigación, la radiación mató a muchas bacterias E. coli de cada población, pero las supervivientes dieron lugar a poblaciones cada vez mejor adaptadas a soportar la radiación. (Imagen: Michael M. Cox y coautores (“Physiology of Highly Radioresistant Escherichia coli After Experimental Evolution for 100 Cycles of Selection”, Frontiers in microbiology, 2020))

Sorprendentemente, mientras que la resistencia a la radiación inducida por la primera serie de exposiciones a la radiación podía asociarse principalmente con tres mutaciones, la segunda indujo cientos de mutaciones, incluidas grandes supresiones y duplicaciones de varios genes. Las cuatro poblaciones que han evolucionado en este nuevo ensayo han alcanzado ahora niveles de resistencia a la radiación que se acercan a los niveles que soportan las bacterias de la especie Deinococcus radiodurans. “A medida que la investigación actual ha ido progresando, las alteraciones genómicas han demostrado ser mucho más complejas de lo previsto», reconoce Cox.

Aunque esta vez es más difícil precisar todas las mutaciones que contribuyen al aumento de la resistencia a la radiación, los investigadores han podido comprobar que hay más metabolismos de la célula afectados. Además, este nuevo estudio demuestra que la resistencia a la radiación puede desarrollarse hasta alcanzar el nivel de la que posees las bacterias de la especie Deinococcus radiodurans, independientemente de la resistencia a la desecación. A medida que continúen en esta línea de investigación las exposiciones a la radiación y la evolución propiciada artificialmente, se reunirán más datos sobre cómo inducir la resistencia a la radiación en las bacterias. Esto podría constituir un día una preciosa caja de herramientas de mutaciones para diseñar probióticos resistentes a la radiación que ayuden, por ejemplo, a los pacientes de cáncer tratados con radioterapia, o a los astronautas expuestos a la radiación espacial, más agresiva que la típica del ambiente terrestre. (Fuente: NCYT de Amazings)