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Sistemas hidrotermales marinos: fuente de nuevos antibióticos

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Ruth Noemí Aguila Ramírez*, Karla Gutiérrez Almada, José Manuel Borges Souza, Bárbara González Acosta

Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas-Instituto Politécnico Nacional. Av. IPN S/N, Col. Playa Palo de Santa Rita, La Paz, Baja California Sur, México CP 23060

¿Sabías que hay zonas en el mar o en la costa que alcanzan temperaturas de más de 60°C? ¿Y que ahí existen microorganismos que podrían prevenir o curar enfermedades? En este artículo se da a conocer el potencial bioactivo que tienen las bacterias que habitan en los sistemas hidrotermales marinos de Baja California Sur.


Estas zonas son conocidas como sistemas o fuentes hidrotermales y se pueden definir como grietas en la corteza terrestre por donde brota agua caliente, mejor conocidas como geotermas. Por lo general, estos sitios están cerca de lugares donde hay actividad volcánica, y el magma se encuentra mucho más cerca de la superficie. Esto provoca el calentamiento del agua marina circundante (Suárez-Arriaga, 2004).


Los sistemas hidrotermales se pueden localizar también en los márgenes continentales y son afectados por procesos activos de las placas tectónicas. Estas placas son fragmentos de la capa superficial de la tierra (litosfera) que flotan provocando desplazamientos donde la temperatura juega un papel importante (gradiente geotérmico). 


Estos movimientos tienen muchos efectos, entre ellos: la formación de fallas, las cuales se observan como discontinuidades geológicas, fisuras o zonas rocosas fracturadas a través de las cuales se filtra el agua de mar (Aguayo, 2013). A su paso por la corteza, el agua es calentada por procesos magmáticos hasta alcanzar altas temperaturas y retorna hacia la superficie a través de fluidos, ventilas o chimeneas hidrotermales. Estas zonas presentan condiciones fisicoquímicas inusuales a otras áreas marinas, puesto que además de la temperatura elevada del agua, se presentan altas concentraciones de dióxido de carbono, ácido sulfhídrico, hidrocarburos y metales pesados generando sistemas únicos (Lentini et al., 2014) y atractivos para su estudio.


Las ventilas o chimeneas marinas que llaman más la atención, son aquellas localizadas a una gran profundidad (más de 200 y hasta los 4000 m). Debido a las condiciones extremas de esos sitios, la temperatura llega a alcanzar aproximadamente los 300°C y ocurren emanaciones de gases como metano. Lo sorprendente es que aún con todas esas condiciones, existen organismos que se han adaptado a vivir en ellas. 


En México se encuentra un sistema hidrotermal profundo en Cuenca de Guaymas, Golfo de California, el cual ha sido estudiado por investigadores nacionales y extranjeros para conocer más acerca de su geoquímica, microbiología y ecología. Se han identificado, por ejemplo, organismos como gusanos tubulares, almejas gigantes y tapetes bacterianos. A la par, se ha descubierto que las bacterias son capaces de obtener un beneficio de estas condiciones extremas y prosperar exitosamente, constituyéndose como los principales productores primarios de la cadena trófica que sostienen la vida en las profundidades (Soto y Estradas, 2013).


En Bahía Concepción, Baja California Sur, se han localizado dos sistemas hidrotermales someros (menos de 200 m de profundidad). Uno de ellos en la zona del manglar de Santispac, sobre la línea costera; el cual cuenta con manantiales de fluidos hidrotermales que son mezclados con agua marina antes de su descarga (Prol-Ledesma et al., 2004), con temperaturas que oscilan entre los 50 y 75°C (Gutiérrez-Almada et al., 2020). Mar adentro, se localiza una ventila hidrotermal somera entre los 5 y 10 m de profundidad en la zona oceánica, conocida como Mapachitos, donde se observan emanaciones de fluido hidrotermal a través de fisuras en el sedimento (Figura 1), con temperaturas de hasta 90°C (Gutiérrez-Almada et al., 2020). 



Figura 1. Sistema hidrotermal “Mapachitos” en Bahía Concepción, Baja California Sur, México.


Otro sistema hidrotermal en las costas de Baja California Sur está localizado en Playa Agua Caliente en El Sargento, originado por una zona de falla geológica con actividad hidrotermal, que es alimentada por canales subacuáticos costeros con fluidos termales (Nava-Sánchez et al., 1995), y las temperaturas registradas en esa zona oscilan entre los 45 y 70°C (Gutiérrez-Almada et al., 2020).


Muchos de los microorganismos que habitan estos ambientes se caracterizan por su capacidad para sobrevivir en ambientes hostiles con altas temperaturas, y han sido considerados como una fuente para el descubrimiento de nuevos fármacos. Por ello, estos tres sitios con características particulares fueron explorados para conocer la diversidad de bacterias que habitan en ellos y su potencial como productoras de compuestos bioactivos (Figura 2). 



Figura 2. Toma de muestra para el aislamiento de bacterias provenientes del fluido de la ventila hidrotermal.


A partir de los trabajos realizados por investigadores del Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas del Instituto Politécnico Nacional, se encontró que un alto porcentaje (73%) de las bacterias aisladas de estos sistemas hidrotermales (Santispac, Mapachitos y El Sargento) fueron capaces de inhibir el crecimiento de bacterias patógenas (Peña-Pelayo et al., 2022), y el 14% de los aislados mostraron actividad degradadora de la molécula C6HSL, la cual está involucrada en los procesos de Quorum Sensing, y esto se reflejó en una inhibición de la formación de biopelículas de bacterias patógenas (Gutiérrez-Almada et al., 2020).


La formación de biopelículas bacterianas es un proceso que se presenta debido al mecanismo conocido como Quorum Sensing, donde las bacterias se comunican químicamente para llevar a cabo algunas funciones de forma colectiva. Esta comunicación se desarrolla a través de la secreción y detección de moléculas autoinductoras a las cuales responden otras bacterias (Williams y Camara, 2009). Cuando se degradan estas moléculas, como es el caso de la C6HSL, las otras bacterias no reconocen las señales y no son guiadas a adherirse, por lo tanto, no se forma la biopelícula, inhibiéndose la comunicación bacteriana. 


Las biopelículas se definen como comunidades de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisácaridos y se adhieren a una superficie, ya sea inerte o viva, principalmente para su protección y supervivencia. Sin embargo, estas congregaciones actúan como nichos de protección para agentes patógenos y tienen gran repercusión en la salud humana, principalmente en entornos clínicos (Díaz-Caballero et al., 2011), ya que favorecen el desarrollo de infecciones relacionadas con el uso de instrumental y dispositivos médicos como los catéteres, prótesis, entre otros (Ortega-Peña y Hernández Zamora, 2018). De ahí la importancia de los resultados obtenidos en el estudio antes mencionado sobre el hallazgo de compuestos que inhiben biopelículas de bacterias patógenas como la especie Pseudomonas aeruginosa, una bacteria causante de diversas infecciones. 


Además de las bacterias de los sistemas hidrotermales que se lograron cultivar en laboratorio, también se analizó, mediante herramientas moleculares, la diversidad bacteriana (no cultivable) característica de estos ambientes extremos y que tiene elevado potencial para encontrar nuevas moléculas de interés en un futuro (Gutiérrez-Almada, 2019).


Conclusión

Los sistemas hidrotermales, además de ser áreas excepcionales por sus características físicas y químicas son una fuente con gran potencial biotecnológico, ya que los microorganismos adaptados a vivir en estas condiciones producen compuestos capaces de inhibir a bacterias patógenas. 


Referencias

Aguayo, J. E., Trápaga, R. 2013. Geodinámica de México y minerales del mar. Fondo de Cultura Económica.

Díaz Caballero, A. J., Vivas Reyes, R., Puerta, L., Ahumedo Monterrosa, M., Arévalo Tovar, L., Cabrales Salgado, R., Herrera Herrera, A. 2011. Biopelículas como expresión del mecanismo de quorum sensing: Una revisión. Avances en Periodoncia e Implantología Oral, 23(3): 195-201.

Gutiérrez-Almada K. 2018. Bacterias asociadas a sistemas hidrotermales someros marinos en Baja California Sur con capacidad para producir compuestos inhibidores de biopelículas. Tesis de Maestría. Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas. Instituto Politécnico Nacional. México.

Gutiérrez-Almada, K., González-Acosta, B., Borges-Souza, J. M., Aguila-Ramírez, R. N. 2020. Marine bacteria associated with shallow hydrothermal systems in the Gulf of California with the capacity to produce biofilm inhibiting compounds. Archives of Microbiology, 202(6): 1477-1488.

Lentini, V., Gugliandolo, C., Bunk, B., Overmann, J., Maugeri, T. L. 2014. Diversity of prokaryotic community at a shallow marine hydrothermal site elucidated by Illumina sequencing technology. Current Microbiology 69:457-466.

Nava-Sánchez, E., Cruz-Orozco, R., Gorsline, D. S. 1995. Morphology and sedimentology of two contemporary fan deltas on the southeastern Baja California Peninsula, Mexico. Sedimentary Geology 98(1-4):45-61.

Ortega-Peña, S., Hernández-Zamora, E. 2018. Biopelículas microbianas y su impacto en áreas médicas: fisiopatología, diagnóstico y tratamiento. Boletín médico del Hospital Infantil de México, 75(2): 79-88.

Peña-Pelayo, Y., K. Gutiérrez-Almada, R. G. Cervantes-Gámez, R. N. Aguila-Ramírez. 2022. Actividad antibacteriana de bacterias aisladas de sistemas hidrotermales de Baja California Sur, México. Hidrobiológica. 32(2):105-115. 

Prol-Ledesma, R. M., Canet, C. Torres-Vera, M.A. Forrest, M.J. Armienta, M. A. 2004. Vent fluid chemistry in Bahía Concepción coastal submarine hydrothermal system, Baja California Sur, Mexico. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 137: 311-328.

Soto, L. A., Estradas, A. 2013. La exploración en el mar profundo de ambientes extremos: sistemas hidrotermales. La frontera final: el océano profundo. INECC, México, 105-149.

Suárez-Arriaga, M. C. 2004. Evaluación del potencial, biogénesis y características esenciales de los sistemas geotérmicos submarinos en México. GEOTERMIA, 31.

Williams, P., Camara, M. 2009. Quorum sensing and environmental adaptation in Pseudomonas aeruginosa: a tale of regulatory networks and multifunctional signal molecules. Current Opinion in Microbiology. 12(2):182-91.


Dra. Ruth Noemí Aguila Ramírez. Profesor Investigador del Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas del Instituto Politécnico Nacional, Laboratorio de Microbiología y Biología Molecular. Correo: raguilar@ipn.mx, ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-8433-4558.

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