Una bacteria espacial

Bacillus safensis es una bacteria mesófila gram-positiva descubierta por primera vez en la superficie de las naves 2001 Mars Odyssey, Spirit y Oppotunity y en las instalaciones de la NASA en 2001. Más concretamente en la Spacecraft Assembly Facility (SAF) a la que debe su nombre B. safensis. Se encontraron 13 cepas de la bacteria, no sólo en la SAF, si no en el Kennedy Space Center de Florida.

B. safensis

Esta bacteria fue una de las afortunadas junto a algunos microorganismos más para viajar en la sonda interplanetaria Phobos-Grunt lanzada hace unos días (el pasado 8 de noviembre), una misión con destino a Fobos y de 3 años de duración. El biomódulo LIFE (Living Interplanetary Flight Experiment) albergaría a estos microorganismos y los expondría al ambiente de Fobos. Por desgracia, la Phobos-Grunt no activó sus propulsores y los intentos por contactar con los sensores que activaran dicha instrucción fueron inútiles. 


Obviamente, la elección de los organismos pretendía ser lo más variada posible y resistente a las condiciones ambientales a las que se enfrentaría. Para ello, se seleccionaron organismos de los diferentes dominios eucariota, arquea y bacteria, con indicios de haber pertenecido a formas primitivas de vida en Marte.

La bacteria Bacillus safensis se convirtió en unas de las candidatas para el viaje de la Phobos-Grunt debido a su alta resistencia a las radiaciones de tipo gamma y UV (radiorresistente). Aunque probablemente este no fue el primer viaje para la bacteria, ya que se la consideró como una posible polizón en anteriores misiones espaciales como la 2001 Mars Odyssey, Spirit y Opportunity, cuyas superficies podían estar contaminadas por la bacteria cuando partieron hacia Marte, a pesar de las condiciones asépticas de trabajo en las áreas de montaje de la NASA. Aquí se abre el eterno debate sobre una posible contaminación de la superficie de Marte con bacterias terrícolas, aunque hay que recordar que las condiciones durante el viaje, entrada en la atmósfera marciana y amartizaje son sumamente hostiles.

Nave de montaje de la SAF situada en los Jet Propulsion Laboratory's, Pasadena (California). 

Tras el descubrimiento de la nueva bacteria en las naves de la NASA, un estudio en 2006 mostró que compartía un 99% de similitud en las secuencias de ADN con la especie Bacillus pumilus, bacteria aerobea que comúnmente vive en el suelo y que también fue hallada en la superficie de la nave 2001 Mars Odyssey. Ambas especies se caracterizan por una alta radiorresistencia, ya que producen endosporas con las que pueden resistir temperaturas extremas, desecación, radiación γ, radiación UV, falta de nutrientes u oxidaciones por H2O2 y radicales libres. Sin embargo, las cepas encontradas en las instalaciones de la NASA tenían capacidades de resistencia significativamente mayores a otras cepas de Bacillus ya catalogadas.
Bacillus safensis es un bacilo con flagelación polar que forma endosporas.  Las células vegetativas tienen un diámetro de 0,5-0,7 µm y una longitud de 1-2 µm. Su temperatura óptima de crecimiento es de 30-37 ºC, aunque pueden sobrevivir en condiciones de 0-50ºC.

Ciclo de esporulación. 
La formación de endosporas se produce cuando se somete a la bacteria a condiciones extremas. Esta estructura es de 10 a 50 veces más resistente a la radiación UV que la célula vegetativa. La endospora es una estructura que contiene una copia del ADN que es protegida y preservada hasta que las condiciones sean las ideales para reactivar el metabolismo.

Las lesiones nocivas y la desecación que puede causar la radiación UV en el ADN son mitigadas en parte por un tipo de proteínas contenidas en los ácidos nucleicos de las esporas llamadas SASP (Small Acid-Soluble Proteins) de especies como B. safensis. Las proteínas SASP inducen un cambio conformacional en el ADN de la forma B hacia la forma A. Esta estructura deshidratada y más compacta, protegerá el ADN de la radiación UV. 

Forma A del ADN: forma más compacta que la B, 11 pares de bases por giro con una gran inclinación de estos con respecto al eje de la hélice. Forma B del ADN: forma con 10 pares de bases por giro helicoidal, los pares de bases apilados están separados por 0,34 nm.

La exposición a radiación UV puede provocar dímeros de timina o pirimidina, errores en el emparejamiento de las bases complementarias y la complementación con las bases adyacentes. Estas complementaciones erróneas forman anillos. 

Formación de dímeros por la exposición a la radiación UV (no ionizante).

La compactación de la forma A impide en parte la formación de los dímeros de pirimidina. Pero cuando estas lesiones se dan por altas dosis de UV, entra en acción la enzima fotoliasa una vez que el metabolismo está activo. Esta enzima fotorreactivante está formada por dos grupos prostéticos: flavina reducida y una pterina. El proceso es el siguiente: la enzima reconoce a un dímero de pirimidina y se une a él formando un complejo enzima-sustrato. La flavina reducida de la fotoliasa, en presencia de radiación visible, se excita y dona electrones al anillo de ciclobutano rompiéndolo y regenerando las dos pirimidinas sin alterar. 

Dímero de timina provocado por radiación UV.

La resistencia al H2O2 supuso un punto preocupante para los responsables de la NASA, puesto que el peróxido de hidrógeno se utiliza normalmente para la biorreducción de los componentes de la nave. El daño producido por H2O2 es combatido por una variedad de agentes reductores de la bacteria. De esta manera, se disminuyen las posibles lesiones sobre la membrana interna de la bacteria o los daños oxidativos en proteínas o en el ADN.

Estos son algunos de los métodos que incluyen microorganismos como Bacillus safensis para adaptarse a condiciones extremas. La misión Phobos-Grunt, entre otros objetivos,  pretendía simular unas condiciones de transpermia que prometían traer de vuelta resultados muy interesantes sobre la supervivencia de este tipo de microorganismos. Tendremos que esperar al próximo biolanzamiento hacia condiciones marcianas.


Nota: Esta entrada participa en la VII Carnaval de la Biología, alojado este mes en el blog Curiosidades de la Microbiología.


Referencias:
http://ijs.sgmjournals.org/content/56/8/1735.full.pdf