De Riotinto al Ártico: los organismos extremos que revolucionarán varias industrias

Durante mucho tiempo hemos intentado averiguar cuáles son las condiciones mínimas para la vida, pero la vida sigue desafiando nuestras expectativas. Cuando los científicos estudian los rincones con las temperaturas más adversas, los más salinos o los más tóxicos siguen encontrando organismos que sobreviven en esos ambientes extremos. La adaptación de estos seres, llamados extremófilos —hablamos sobre todo de bacterias, pero también de diminutos animales y plantas—, les ha hecho extraordinarios, con unas características que merece la pena estudiar y aprovechar.

De hecho, los expertos están convencidos de que los microorganismos extremófilos tienen un potencial industrial enorme que apenas está explotado. Por eso, acaba de ponerse en marcha el proyecto XTREAM, financiado por el programa Horizonte Europa de la Unión Europea. En los próximos cuatro años, un total de 13 socios entre universidades, organismos de investigación e industrias de siete países se proponen utilizar la tecnología más avanzada para descubrir nuevos compuestos procedentes de ambientes extremos que puedan revolucionar diversos sectores, desde la industria farmacéutica a la agricultura. La iniciativa está liderada por el español Antonio García Moyano, científico de NORCE, centro de investigación de Bergen (Noruega).

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"Si lo piensas un poco, el concepto de extremófilo es un poco antropocéntrico", explica el investigador a El Confidencial. "Cualquier ambiente en el que un humano no podría vivir se considera extremo". Sin embargo, la investigación científica ha ido demostrando que hay microorganismos en fuentes termales, adaptados a aguas que casi hierven, a 80ºC o 90ºC; y en otras al borde de la congelación. También están los xerófilos, aquellos que habitan lugares muy áridos; los que soportan mucha presión, en las profundidades del océano; los que conviven con una alta exposición a la radiación solar ultravioleta, por ejemplo, por la reflexión de la luz en la nieve polar; o los que se mueven en un ambiente de pH muy ácido, como el del río Tinto, en Huelva. Algunos incluso sobreviven en sitios que combinan varias de estas condiciones.

"Campeones de la adaptación"

Lo interesante es que estos "campeones de la adaptación", como los llama García Moyano, han desarrollado estrategias excepcionales para sobrevivir en condiciones extremas. Incluso el ADN "pierde su estructura y deja de funcionar correctamente" en ciertas condiciones extremas, pero estos microorganismos han desarrollado mecanismos moleculares que les permiten tolerar esos ambientes. Algunos de estos microorganismos están tan especializados que no pueden sobrevivir en condiciones más benignas y eso los convierte en una fuente de compuestos orgánicos que no se pueden encontrar en otros lugares del planeta.

Ahí está la clave para desarrollar nuevas moléculas, productos y procesos de interés para muchas industrias. De hecho, la famosa PCR, la prueba que identifica material genético en una muestra para diagnosticar enfermedades, se desarrolló gracias al hallazgo de una bacteria en el parque nacional de Yellowstone (EEUU), Thermus aquaticus, que es resistente al calor. Aunque ya existen aplicaciones industriales basadas en extremófilos, su potencial sigue estando en gran parte sin explotar. La búsqueda de nuevas especies y compuestos es un proceso lento y complejo, en gran medida porque el acceso a estos entornos extremos presenta desafíos técnicos y logísticos.

"Tienes que acceder a los sitios y no siempre es fácil", asegura el científico del NORCE. El reto puede consistir en acceder una fuente hidrotermal a tres kilómetros de profundidad, en pleno océano, o encontrar microbios donde no se espera que haya nada, como en los polos. En cualquier caso, las barreras técnicas y económicas son importantes. De ahí que XTREAM, que dispone de cuatro millones de euros de presupuesto, apueste por nuevas herramientas que "nos van a facilitar la exploración de los ambientes y el descubrimiento de esos compuestos, moléculas o enzimas de estos organismos de una manera sostenible y responsable". La clave está en el uso de drones o de inteligencia artificial. Dicho de otra manera, "queremos llevar la tecnología del siglo XXI al campo de los extremófilos".

De las salinas al hielo ártico

Un ejemplo concreto del trabajo que tienen por delante es el desarrollo de algoritmos para que una cámara situada en un dron sea capaz de detectar, en pleno vuelo, la presencia de microbios en un lugar inaccesible. Este mismo aparato podría descender y tomar muestras para llevarlas al laboratorio. Este es el método que se va a emplear en las islas Svalbard, en el extremo norte de Noruega. "Es una nueva generación de métodos de muestreo que, además, es más sostenible, porque nos permite coger una cantidad mínima sin alterar el entorno", destaca el experto.

En España (donde colaboran la Universidad Autónoma de Madrid, el INTA y el CSIC), la recogida de muestras será un poco más sencilla, ya que está prevista en fuentes termales de Orense, en las minas de Riotinto (Huelva) y en las salinas de Santa Pola (Alicante). Algunos de estos lugares ya son emblemáticos para la ciencia, especialmente, el paraje alicantino en el que el investigador Francis Mojica encontró unos microorganismos que años más tarde darían lugar a la edición genética CRISPR, una herramienta que actualmente están revolucionando la biología. "En Santa Pola hay microbios que soportan una alta salinidad, poca agua y radiación ultravioleta intensa", destaca García-Moyano, “con lo cual, han desarrollado mecanismos para adaptarse que pueden ser genes o el producto de esos genes”.

Sin embargo, "a veces los ambientes extremos en los que se encuentran los extremófilos no son naturales, sino que están inducidos por el hombre". Por eso, dentro del proyecto XTREAM incluye el estudio de lagunas contaminadas del Reino Unido que fueron utilizadas como balsas de desecho de explotaciones mineras. A pesar de que es un ambiente extremadamente ácido, también contiene organismos que parecen haberse adaptado y que ofrecen "aspectos muy interesantes que merece la pena investigar". En ese sentido, las minas de Riotinto representan un escenario intermedio: aunque ya era un ambiente ácido en su origen, probablemente la actividad minera ha contribuido de una forma importante a su bajo pH. Las aguas rojas que dan nombre al río onubense tienen una alta concentración de minerales y en ese entorno, que ha sido comparado con Marte y estudiado por la NASA, sobreviven microorganismos quimiolitótrofos, capaces de alimentarse de materia inorgánica.

Un sinfín de aplicaciones

Una vez obtenidas las muestras de este tipo de ambientes, los investigadores tienen mucho trabajo por delante. Por una parte, prevén secuenciar el material obtenido. El ADN y los análisis computacionales permitirán detectar genes que sean de especial interés. Por otra parte, realizarán experimentos funcionales. "Si extraemos el material genético y lo introducimos en una bacteria huésped, podemos realizar un ensayo para detectar la actividad que estamos buscando", señala el investigador del NORCE. También emplearán microfluídica, una tecnología que permite realizar análisis de muestras moviendo líquidos a través de estrechos canales microscópicos.

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Además, van a utilizar muestras que ya han sido recogidas en proyectos anteriores y que se conservan congeladas esperando a que alguien las estudie. Algunas corresponden a esponjas marinas y cultivos de microalgas procedentes de ambientes extremófilos. Para sobrevivir en esas condiciones, han desarrollado adaptaciones que podrían tener un valor para la biotecnología, "desde pigmentos a ácidos grasos, que pueden convertirse en ingredientes para alimentos, biorrefinería, piensos para acuicultura, productos antimicrobianos o antitumorales", enumera el experto. De hecho, como las algas utilizan compuestos químicos para adaptarse a las condiciones extremas de luz o de temperatura, "cuanto más adaptadas están, más robustas resultan y podrían facilitar un escalado a un nivel industrial, por ejemplo, en un reactor".

Pensando en futuras aplicaciones de los resultados de este proyecto, la agricultura es otro ámbito prometedor. Si en un enclave como las salinas de Santa Pola hay microorganismos adaptados a una alta exposición solar y un exceso de sal, es posible que el estudio de sus genes permita desarrollar en un futuro "cultivos más resistentes y adaptados a zonas áridas", destaca el experto.