Un tubo estéril con apenas 30 mililitros de agua y sedimento, algo así como dos cucharadas soperas, fue suficiente para revelar parte de la biodiversidad microscópica que alberga el desierto de Atacama, considerado el desierto no polar más árido del mundo. La muestra fue recogida por Alexandra Galetovic, investigadora de la Universidad de Antofagasta y del Centro de Regulación del Genoma (CRG), en la quebrada Talabre, cerca del volcán Láscar, a unos 60 kilómetros de San Pedro de Atacama y aproximadamente a 3.300 metros sobre el nivel del mar. Allí, los microorganismos enfrentan múltiples condiciones adversas, entre ellas la intensa radiación solar y ultravioleta, las variaciones de temperatura y la presencia de sales y metales en un entorno de extrema aridez. Comprender cómo consiguen persistir bajo estas condiciones fue una de las preguntas que motivaron la investigación.
Esta comunidad fue estudiada por un equipo liderado por Alexandra Galetovic, de la Universidad de Antofagasta y del CRG; Miguel Allende, de la Universidad de Chile y el CRG; y Andrés Marcoleta, del Grupo de Microbiología Integrativa de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile. El análisis de sus genomas permitió identificar funciones que podrían ayudar a estos microorganismos a sobrevivir en las condiciones extremas del desierto de Atacama. La investigación, publicada en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, aporta antecedentes para comprender cómo se organiza esta comunidad y qué estrategias podrían contribuir a su persistencia. También ofrece una base para explorar el potencial biotecnológico de sus pigmentos y de otras características.
Una comunidad microbiana desconocida
Para conocer a los integrantes de esta comunidad, cultivada y enriquecida en el laboratorio, el equipo utilizó la “secuenciación metagenómica”, una técnica que permite analizar colectivamente el ADN de los microorganismos presentes en una muestra. Mediante herramientas computacionales, los investigadores agruparon los fragmentos de ADN y reconstruyeron 14 genomas de alta calidad, pertenecientes a cinco grandes grupos bacterianos. Su comparación con los genomas disponibles en bases de datos reveló varias especies posiblemente no descritas. Uno de los microorganismos presentó diferencias evolutivas que sugieren que podría pertenecer a una nueva familia dentro del orden Thermomicrobiales.
Entre los hallazgos, destacó una cianobacteria filamentosa de la familia Nostocaceae, para la cual el equipo propuso el nombre provisional de Talabrenema galetoviciae, en honor al fallecido pintor magallánico Alejandro Galetovic Mladinic, padre de Alexandra Galetovic. Su ADN presentó diferencias suficientes respecto de sus parientes conocidos como para respaldar su identificación como una especie nueva. Además, los análisis evolutivos mostraron que forma una rama diferenciada y podría representar un nuevo género dentro de esta familia. La propuesta deberá completarse mediante una descripción taxonómica formal.
Andrés Marcoleta explica que esta cianobacteria, la más abundante de la comunidad analizada, desempeña un papel fundamental como productora primaria, ya que utiliza la energía luminosa para convertir el dióxido de carbono en materia orgánica mediante la fotosíntesis. “Encontramos una variedad de genes asociados a pigmentos que actúan como antenas para captar la luz. Esto sugiere que podría aprovechar la luz de distintos colores, una capacidad potencialmente importante para adaptarse a los cambios en la iluminación de su entorno. Ahora debemos estudiar cómo utiliza esos pigmentos bajo diferentes condiciones”, señala el investigador.
El análisis también mostró que las herramientas para afrontar las condiciones extremas están distribuidas entre distintos integrantes de la comunidad. Mientras que la cianobacteria destaca por su capacidad de producir materia orgánica mediante la fotosíntesis, otras bacterias poseen genes asociados al aprovechamiento de nutrientes y a la tolerancia a sustancias tóxicas. Esta distribución sugiere una complementariedad de funciones que podría contribuir a la persistencia del conjunto en un ambiente exigente. "Encontramos bacterias con capacidades distintas que podrían complementarse entre sí. Ahora queremos entender si esa asociación beneficia a sus integrantes y cómo contribuye a que puedan persistir en ese entorno”, explica el académico de la U. de Chile.
En las bacterias que acompañan a la cianobacteria, el equipo encontró genes asociados a respuestas al calor, a cambios en la salinidad y al daño causado por sustancias oxidantes. También identificó posibles mecanismos para tolerar elementos tóxicos, como el arsénico, el cadmio y el mercurio. Algunos de estos mecanismos permiten expulsar sustancias de la célula, retenerlas mediante proteínas o transformarlas químicamente para reducir su toxicidad. Estas capacidades potenciales variaron entre los distintos integrantes del consorcio, lo que aporta nuevas pistas sobre sus estrategias para afrontar un entorno con múltiples condiciones adversas.
Pigmentos y nuevas posibilidades biotecnológicas
Las adaptaciones de los microorganismos a ambientes extremos pueden orientar la búsqueda de moléculas y procesos de interés biotecnológico. En este estudio, los genes asociados a la tolerancia a metales y la degradación de compuestos orgánicos ofrecen pistas para futuras investigaciones en biorremediación, es decir, el uso de organismos para tratar ambientes contaminados. Evaluar esa posibilidad requerirá comprobar cómo funcionan estas capacidades y bajo qué condiciones podrían aprovecharse.
La distribución de funciones entre las bacterias también plantea preguntas sobre el potencial de estudiar el consorcio en conjunto. “Algunas tienen más herramientas para lidiar con sustancias tóxicas, mientras que la cianobacteria tiene genes que podrían permitirle fabricar un pigmento que filtra parte de la radiación ultravioleta. Esa distribución nos da una pista sobre cómo distintos miembros podrían contribuir a que la comunidad tolere varias condiciones difíciles al mismo tiempo”, señala Andrés Marcoleta. Los próximos estudios permitirán evaluar esas interacciones y determinar si la asociación ofrece ventajas frente al cultivo de sus integrantes por separado.
Una de las aplicaciones más concretas identificadas se relaciona con la ficocianina, un pigmento azul utilizado como colorante natural. La ficocianina purificada a partir de los cultivos del consorcio conservó entre el 84 % y el 92 % de su concentración inicial después de 72 horas a temperaturas de entre 4 y 37 °C. A 50 °C, en tanto, retuvo cerca del 76 % después de 24 horas. Esta capacidad podría resultar útil para desarrollar colorantes naturales destinados a alimentos y cosméticos, así como moléculas fluorescentes para sensores, técnicas de diagnóstico y otras aplicaciones biotecnológicas, aunque aún es necesario evaluar aspectos como el rendimiento, la producción a escala y la estabilidad en distintas condiciones.
El equipo encontró, además, genes asociados a la producción de escitonemina, un pigmento que algunas cianobacterias acumulan en sus envolturas externas y que actúa como una pantalla natural frente a la radiación ultravioleta. Esta propiedad ha despertado interés en el desarrollo de materiales y formulaciones fotoprotectoras. En Talabrenema galetoviciae, la evidencia genética sugiere que es capaz de producirlo. El siguiente paso será comprobar su producción, identificar las condiciones que la favorecen y caracterizar las propiedades del pigmento obtenido.
Andrés Marcoleta plantea que estos hallazgos asociados a uno de los ambientes más extremos del planeta permiten “conocer y describir mejor la biodiversidad microbiana del país y generar preguntas sobre cómo viven estos organismos y qué funciones podrían cumplir. El potencial tecnológico existe como una posibilidad a futuro, pero antes hay que entender su biología y validar experimentalmente esas funciones”. En este sentido, la pequeña muestra recogida en quebrada Talabre demuestra que, bajo su apariencia inhóspita, el desierto de Atacama conserva una biblioteca de soluciones desarrolladas a lo largo de la evolución, cuyo conocimiento podría ayudar a desarrollar nuevas herramientas para enfrentar problemas ambientales y productivos. “El desierto de Atacama es un laboratorio natural de relevancia internacional, y estudiar sus microorganismos contribuye a construir conocimiento desde el país y sobre el país”, concluye el investigador de la U. de Chile.