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Microorganismos termofílicos

1994/11/01 Lasa Uzkudun, Iñigo Iturria: Elhuyar aldizkaria

Biologia

La habilidad más sorprendente de los microorganismos, a diferencia de la mayoría de seres vivos, es, temperatura, salinidad o presión especiales, a diferencia de la mayoría de los seres vivos. En todos ellos la temperatura es la que establece las limitaciones más estrechas para la funcionalidad de las moléculas y estructuras biológicas.

La mayoría de los organismos estudiados en profundidad están adaptados a temperaturas moderadas (15-40ºC) y, además, pierden la capacidad de vivir fuera de estos estrechos límites de temperatura. Son la mayoría de los organismos del grupo eucariotas (salvo algunas excepciones singulares) y se denominan “mesófilos”.

La bacteria Thermus thermophilus HB8. Bajo la línea se ven bolsas de bacterias. Estas bolsas se forman por mutación de una proteína de piel. Esta mutación se ha obtenido en laboratorio mediante ingeniería genética.

Existen en el suelo zonas naturales de alta temperatura. Estos han seleccionado organismos procariotas que necesitan una alta temperatura para vivir en este ambiente. Dentro de las de alta temperatura podemos distinguir los microorganismos termofilos moderados (45-50ºC), los termofilos extremos (65-90ºC) y los hipertermofilos (aquellos que necesitan sobrevivir a 90ºC). Por causas desconocidas, el grupo de bacterias hipertermofílicas está formado únicamente por Arqueobacterias. En el grupo de los termofilos extremos, además de las Arqueobacterias, también hay Eubacterias.

Cuando se descubrieron microorganismos termofílicos surge la pregunta ¿Dónde está el límite con la temperatura de la vida? Thomas Brock, descubridor de microorganismos termófilos, afirmaba que al tratarse de células de sistemas químicos acuosos, la vida se limitaría a ambientes en los que el agua se mantiene en estado líquido. Sin embargo, se han encontrado submarinos hábitats de 250 ºC, sin vida, cuestionando la hipótesis anterior. Actualmente no existen indicios de vida por encima de los 110 ºC, y al no ser estables las moléculas biológicas por encima de los 150-160 ºC, se puede pensar que los límites de la vida no serán mayores que los encontrados.

¿Existen razones fisiológicas o bioquímicas para desarrollar estos microorganismos a temperaturas tan elevadas? O dicho de otro modo, ¿en qué se basa la termoestabilidad de los microorganismos termófilos? Inicialmente se pensaba que la membrana del microorganismo podía aislar, realizando todas sus funciones metabólicas a una temperatura similar a la de los microorganismos mesófilos. Esta teoría fue descartada de inmediato al comprobar que todos los sistemas enzimáticos de microorganismos pueden funcionar a una temperatura similar a la que se desarrolla. Posteriormente se pensó que en el citoplasma existían sustancias para termoestabilizar los componentes celulares. En la actualidad se sabe que en el citoplasma de los microorganismos termófilos existen numerosos termoestabilizadores (poliamina, termina, espermidina, espermina), pero la razón de la termoestabilidad radica en la naturaleza de cada componente celular.

Aplicaciones industriales de enzimas termoestables

Biotecnológicamente, la característica más importante de los microorganismos termofílicos es la formación de enzimas que catalizan reacciones bioquímicas a temperaturas mucho mayores que los microorganismos mesófilos. Algunas de las ventajas industriales del uso de enzimas termoestables se resumen en la tabla 1.

Sin embargo, hay procesos en los que la falta de estabilidad de algún sustrato impide su uso. Este problema es frecuente en la industria farmacéutica porque la mayoría de los componentes de las reacciones son termosensibles. Las principales inadecuaciones en el uso de enzimas termoestables se recogen en la tabla 2.

A pesar de las ventajas de la termofilia, por el momento están poco estudiadas. Por ello, en muchos procesos industriales, al no conocerse enzimas termofílicas alternativas, se utilizan enzimas mesófilas. Sin embargo, la utilización de enzimas termoestables en algunos procesos es imprescindible. Algunos ejemplos se presentan en la tabla 3.

Thermus aquaticus, polimerasa DNA polimerasa (Taq polimerasa) procedente del microorganismo termofílico, ha hecho posible el desarrollo de la técnica denominada PCR (Polimerase Chain Reaction). Dado que la importancia de esta técnica en el campo de la biología molecular es fundamental, no es de extrañar que en 1993 conceda el Premio Nobel de Medicina a su creador Kary Mulliser. Al igual que se ha creado esta técnica, a medida que se conozcan más los microorganismos termofílicos, se irán creando nuevas aplicaciones.