Bacterias, Arsénico y Críticas

El CHON de la vida junto al Fósforo (P) y el Azufre (S)

Una de las primeras cosas que aprendí en biología es el "CHON" de la vida, una expresión que permite recordar los 4 elementos principales de los que se componen los organismos vivos: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno.  Sin embargo, aparte de esos 4 elementos, existen otros dos que estructuralmente son cruciales: El Fósforo y el Azufre, quienes forman parte del ADN y proteínas respectivamente.

Estructura del ADN

Ya visto este punto, nos adentramos al articulo científico de Felisa Wolfe-Simon (astrobióloga) por la revista Science el pasado jueves. En él, ella estudióy cultivó bacterias del Lago Mono en California, USA que pueden vivir en ambientes con altos niveles de arsénico, elemento considerado venenoso para el resto de los seres vivos. Al intentar catalogarlas como especie, se determino que pertenecian a la familia de las Oceanospirillales, un grupo taxonomico al que pertenecen también las bacterias que están limpiando el Golfo de Mexico del petróleo derramado hace poco; y se determinó que la bacteria no rechaza el arsénico sino que la incorpora dentro de ella, a sus estructuras internas.

Sin embargo, la conclusión mas grande de este artículo se encuentra en su título: Bacterias que cambian el Fósforo por Arsénico para vivir. ¿Y dónde encontramos la mayor cantidad de fósforo en una célula? En el ADN.


Pero éste fin de semana han aparecido críticas bastante fuertes al trabajo de Felicia Wolfe-Simon, provenientes de  Rosie Redfield (microbióloga evolutiva) y Alex Bradley (Geobiólogo) de los cuales intentaré resumir algunos puntos que me parecen mas importantes...



La entrada de Alex Bradley se centra en la inestabilidad de los enlaces químicos que forma el arsenico, los cuales son destruidos facilmente por el agua (proceso denominado hidrólisis) por lo que Bradley sostiene que si uno extrae el ADN de una célula y lo dejas en agua por unos minutos, éste debería romperse en cientos o miles de pequeños fragmentos hidrolizados, a diferencia de un ADN corriente con cadenas de fosfato. Esta información es tomada en cuenta por Wolfe-Simon quién señala en el artículo la existencia de algun mecanismo celular que permita la estabilidad del ADN en un ambiente acuoso.

Arriba: Fase acuosa con ADN

No obstante, Bradley remata éste postulado con "A falta de bioquímica, se comienza a aplicar química pura", frase referida a un procedimiento común que Wolfe-Simon realizo para extraer ADN  llamado "Extracción fenol-cloroformo" que separa el ADN y el resto de desechos celulares en agua y cloroformo respectivamente. Es un método muy utilizado por los laboratorios que suele demorar entre 1 a 2 horas máximo. Y durante todo ese tiempo el ADN de las bacterias estuvo en agua.
Luego, al visualizar el ADN de éstas bacterias, la imagen que se muestra en el artículo es de un ADN intacto. Por ende, Bradley concluye que ése ADN supuestamente unico, es un ADN comun y corriente con cadenas de fósforo.



Además de la crítica de éste investigador, tenemos por otro lado a Rosie Redfield, microbiologa evolutiva de la Universidad de British Columbia, realiza un análisis critico mucho mas técnico, desde la presentación de resultados en adelante. Pero el análisis mas interesante tiene que ver con si la cantidad de fósforo que existe en el Lago Mono es realmente tan pequeña que una bacteria no pueda crecer duplicando su ADN como normalmente ocurre.

Ella parte este supuesto diciendo: "Empezaré asumiendo que en una bacteria con poco fosforo disponible utiliza la mitad de éste en su ADN y que su genoma se compone de 5 millones de pares de nucleótidos, por lo tanto, ese ADN tiene 10 millones de átomos de fósforo (fosfato) incorporados".
El medio en el que crecieron las bacterias de Wolfe-Simon poseia azúcares, fuentes de nitrógeno y azufre, e inicialmente no debían tener en conjunto arsénico y fósforo; pero en el artículo original expresan que existía una contaminación con una cantidad sumamente baja de ambos elementos por problemas de contaminación típicas en un laboratorio. Es decir, los experimentos que hicieron en medios de cultivos con alta concentración de arsénico poseía igualmente una cantidad mínima de fósforo.

Sin embargo, a partir de cálculos químicos básicos, Redfield determinó que en éstos cultivos existían aproximadamente 2 billones de átomos de fósforo por mililitro, y si esta cifra se divide por la necesidad de átomos de fósforo en el ADN, tenemos que cada mililitro permite el crecimiento de aproximadamente 10 millones de células.De esta manera, aunque éstas bacterias crezcan lentamente en ambientes con mucho arsénico, el bajo crecimiento va a depender de la poca disponibilidad de fósforo en el medio, mas no por la completa ausencia de éste.

Los autores del artículo expresan además que las bacterias típicas requieren entre un 1% a 3% de fósforo para vivir, y por ende la contaminación del medio inicial donde cultivaron las bacterias no hubiese permitido su crecimiento. Redfield aclara que ésa cifra corresponde a datos de una bacteria en particular (Escherichia coli) cuando ha sido cultivada en medios con abundante fósforo, y es muy poco probable que éstos datos sean idénticos en bacterias que crecen con una seria falta de fósforo en su dieta.

A pesar de las críticas que está recibiendo el artículo todavía falta el "derecho a réplica" de la Felicia Wolfe-Simon. Por lo general ésto implica rehacer los experimentos tomando las críticas en cuenta y verificando si todo lo postulado en el artículo se confirma o se rechaza. Y muchos concuerdan que es todavía muy temprano para determinar si esta investigación es "buena" o "mala" ciencia ya que en cierta medida los dardos están apuntando también a la revista Science, cuyos artículos pasan por supuestas revisiones rigurosas antes de poder ser publicados. Ahora R. Redfield está redactanto una carta a la revista que posiblemente salga el proximo mes, asi que habrá que estar atento a lo que se viene.


ACTUALIZACIÓN 2012: Si quieres saber que ha estado pasando durante este ultimo año, te invito a leer mi nueva entrada "Bacterias del Arsenico: Avances".