Vida en medios de alta temperatura

1990/03/01 Urdanpilleta Iraola, Maxux Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Si el medio es especial, es decir, demasiado caliente, demasiado húmedo o demasiado salado, sabemos que la mayoría de los seres vivos desaparecen. Sin embargo, la información disponible sobre estos entornos es escasa.

Sin embargo, en estos entornos singulares podemos encontrar unos pocos seres vivos:

• Lagos con agua salada
• En cabezas de ciego con aguas minerales calientes
• En mares profundos
• Alta atmósfera
• En la nieve que no desaparecen nunca

Sin duda alguna, las más singulares son las zonas de alta temperatura.

Influencia de la temperatura

La temperatura es el parámetro que más influye en la actividad de la célula.

Aunque la temperatura a lo largo del planeta es moderada, siempre encontramos zonas de alta temperatura en las proximidades de los volcanes. Sólo sobreviven las bacterias a más de 60ºC. La mayoría de plantas y animales desaparecen por encima de los 37ºC. A algunos investigadores le parecía interesante saber hasta qué temperatura puede durar cada ser. En este sentido, Cohn realizó estudios exhaustivos y la conclusión más importante que obtuvo fue:

A medida que aumenta la temperatura, los grupos taxonómicos completos desaparecen.

Desde el punto de vista filogenético, los seres vivos pueden ser de dos tipos:

• Eucariotas Regla
• Los procariotas Lo que no tienen núcleo, cuyo único ejemplo son las bacterias.

No podemos encontrar seres vivos multicirculares que sobrepasen los 50ºC.

Los seres vivos que pueden sobrepasar los 60ºC se conocen como termofilos y los procariotas, es decir, sólo se desarrollan bacterias a estas temperaturas.

Pero entre los procariotas sólo podemos encontrar algunos en biotopos superiores a 60ºC. Además, algunas bacterias que viven a altas temperaturas no sólo son termofilos sino también acidófilos, es decir, pueden vivir a pH bajos.

La especie bacteriana más termofílica se aisló en 1982, dándole el nombre de Pyrodictium. Esta bacteria se puede desarrollar a 11ºC. Hasta hace poco se pensaba que los seres vivos sólo podían resistir hasta los 100ºC.

A pesar de que las investigaciones llevadas a cabo en los últimos años han dado lugar a entornos de 350ºC, se considera que la temperatura más alta que pueden soportar los seres vivos está entre 110 y 250ºC.

Estudio de los biotopos geotérmicos más conocidos

Los medios geotérmicos naturales son un medio idóneo para estudiar la ecología de los microorganismos.

El pH de los manantiales templados en los que se ha estudiado la ecología microbiana es muy bajo. Esta acidez se debe a la formación de H ₂ SO ₄ producida por oxidación de sulfuros como H ₂ S y pirita (FeS 2 ).

Los sulfuros se encuentran muy abundantes en las proximidades de los volcanes. Estos sulfuros se oxidan rápidamente en presencia de oxígeno. Esta oxidación puede deberse a bacterias que oxidan espontáneamente o S (azufre). Entre las bacterias que oxidan el azufre, el más común es el llamado SULFOBULUS. Estos sulfobulus los podemos encontrar en medios ácidos o calientes. En estas zonas hay pocos peces, pero podemos encontrar algunos animales pequeños.

Algunas bacterias termofílicas que viven en medios geotérmicos son importantes agentes bioquímicos, ya que participan en el ciclo de elementos de la naturaleza como el del azufre.

Termoestabilidad. Problema de Internet

Para que un organismo sobreviva a altas temperaturas, lo más importante es la termoestabilidad de la membrana celular.

La mayoría de los organismos mesófilos presentan membranas que se disuelven rápidamente al aumentar la temperatura. En el caso de los organismos termofílicos, se pueden calentar a altas temperaturas sin que la membrana pierda su integridad.

Las bases de la termoestabilidad de la membrana se indican a continuación. La membrana de células eucariotas y eubacterias está formada por dos capas.

En esta capa se encuentran incorporados los lípidos. Estos lípidos tienen dos aspectos: uno es hidrófobo y el otro es hidrófilo.

La parte hidrófila se orienta hacia fuera de la célula tocando el agua. El hidrófobo hacia el interior, con un medio interior relativamente pobre en agua.

Cuando esta capa formada por lípidos se calienta, las partes hidrófobas se vuelven móviles, comenzando así a separarse.

A partir de una temperatura crítica, las moléculas se separan por completo dividiendo la membrana.

Sin embargo, las bacterias termofílicas se comportan de otra manera en el aumento de la temperatura.

Se sabe que la sensibilidad a la temperatura de la membrana está condicionada por la proporción de los lípidos en ácidos grasos.

Los ácidos grasos insaturados en la membrana están mucho más libres. Por ello estos son mucho más sensibles a la temperatura.

A mayor proporción de ácidos grasos saturados, mayor temperatura de fusión de la membrana.

Por ello, se observa que en las bacterias termofílicas la proporción de ácidos grasos saturados es mucho mayor.

La célula no está compuesta únicamente por membranas biológicas, sino también por otros componentes macromoleculares. Estos ingredientes son proteínas y ácidos nucleicos. La proteína y el ácido nucleico tienen una configuración específica que deben mantener si tienen actividad. La estructura de estas macromoléculas depende de las interacciones que se producen en el interior de cada molécula.

Estas interacciones son relativamente débiles y se rompen fácilmente por la temperatura. Es el caso de los organismos clásicos (es decir, proteínas y ácidos nucleicos).

Los últimos estudios apuntan a que las interacciones electrostáticas que se producen en el interior de la molécula de los casos de termofilos hacen que la estabilidad térmica de las proteínas sea elevada. En el caso de los ácidos nucleicos, su conformado se mantiene mediante interacciones de baja energía. Su estabilidad es muy dependiente de la temperatura.

La molécula de ADN está formada por dos cadenas auxiliares, ambas encadenadas. Cada nucleótido presente en cada cadena interacciona con el nucleótido de la cadena que le precede formando puentes H (hidrógeno).

Estas uniones se rompen por el calor, separando las cadenas. De este modo, la molécula de ADN pierde su funcionalidad.

En los termofilos, sin embargo, debido a la formación de unas uniones adicionales, su integridad no se rompe debido a la temperatura.

Futuro industrial de los organismos termófilos

Los organismos termofilos interesan a la Biotecnología por dos motivos:

• Porque pueden crecer y sobrevivir en condiciones especiales.
• Porque la estabilidad de sus componentes moleculares es muy importante.

Los organismos termofílicos han creado gran curiosidad porque son capaces de producir enzimas que pueden trabajar a altas temperaturas. Estas enzimas termofílicas son más estables que las enzimas convencionales a temperaturas moderadas. Si un proceso industrial está formado por enzimas termofílicas, su desarrollo será más rápido cuanto mayor sea la temperatura ambiental.

Uso de termofilos

Son muy utilizadas en las planchas anaerobias de los depuradores. Se utilizan para la producción de los siguientes compuestos:

• Etanol
• Combustibles alcohólicos
• Ácido acético
• Antibióticos

Además de los microorganismos, las enzimas que producen tienen gran importancia en la industria, ya que reducen significativamente los costes de los procesos.