Thiomargarita magnifica: una bacteria gigantesca

Tema

Se informa del descubrimiento de una bacteria gigante y se compara en tamaño con organismos considerados de referencia en biología. Se discute la necesidad de realizar mas estudios en ambientes extremos debido a la gran posibilidad de descubrir nuevos organismos con características fisiológicas y o fisicoquímicas de importancia potencial en biotecnología.    

A mediados del 2022, y aun con la resaca de la pandemia COVID 19, fue emocionante leer en el teléfono, un par de notas en la que se hacia mención del descubrimiento de una bacteria gigante, “visible a simple vista” (Mishra, 2022), “del tamaño de una pestaña” (BBC, 2022). Fue tan grande mi asombro que inmediatamente busqué la publicación fuente y me encontré con un articulo publicado en la revista Science (Volland et al., 2022), resultado de una colaboración de 20 autores de 12 laboratorios de Estados Unidos y Francia, en el que se describe a Thiomargarita magnifica, la bacteria mas grande encontrada en la naturaleza (Fig. 1).

Figura 1. Representación 3D de células segmentadas de Thiomargarita magnifica en varias etapas del ciclo de desarrollo (a-e). Modelos obtenidos mediante tomografías de rayos X y microscopía confocal láser de barrido. Imagen tomada de Voland et al. (2022) con el permiso de Science, AAAs.

Este descubrimiento es tan sorprendente por que, en la naturaleza, los microrganismos generalmente no pueden ser observados a simple vista, sino hay que hacer uso de instrumentos que magnifican la visión (microscopio), permitiendo aumentar el tamaño de los especímenes observados entre 10 y 1000 veces (Fig. 2A).

Figura 2. A, Niña usando microscopio óptico. durante sus lecciones biología. B, Escala decimal desde micras o micrómetros (µ o µ M) a centímetros (cm). Imágenes tomadas de 123RF ID: 172769876 y diseño por el autor.

La mayoría de las bacterias miden alrededor de 2 micrómetros de largo (2 milésimas partes de un milímetro) (Fig. 2B), observándose, entre las de mayor tamaño, algunas que alcanzan hasta los 750 micrómetros (0.75 milímetros) como como Thiomargarita namibiensis (Fig. 3), que es una bacteria que alcanza hasta 750 micrómetros (0.75 milímetros) de largo y fue descubierta en los sedimentos de las costas de Namibia (Schultz et al., 1999) y en sedimentos superficiales recogidos de filtraciones de hidrocarburos (profundidad 525-640 m) en el Golfo de México (Kalanetra et al., 2005).

Figura 3. Microfotografía de Thiomargarita namibiensis teñida con fluorescencia. http://daac.gsfc.nasa.gov/oceancolor/scifocus/oceanColor/sulfur_plume.shtml.

Debido a esto, la existencia de una bacteria gigantesca, que se desarrolla en las hojas en descomposición del mangle rojo de las aguas salobres de Isla Guadalupe, en las Antillas Menores del mar Caribe (Fig. 4), es un acontecimiento que no puede pasar desapercibido para ningún biólogo o amante de la naturaleza.

Figura 4. Distribución de Th. mgnifica. A, planisferio; B, esquema de vista satelital y C, ecosistema de manglar. Imágenes tomadas de: A y B, CC BY-SA 3.0; C, 123RF ID 48710783.

Thiomargarita magnifica, es una bacteria excepcional, sésil, que tiene una longitud promedio superior a 9000 micrómetros (= 9 mm o 0.9 cm) y es visible a simple vista. En la Figura 5 muestra una representación grafica (en escala logarítmica) del tamaño relativo de varias especies de organismos procariotas (en verde) como: Patescibacterias (también llamado grupo CPR) que son un grupo de bacterias ultrapequeñas, con un tamaño promedio de 250 nanómetros -0.25 micras-); Escherichia coli que es una enterobacteria ya que forma parte de la microbiota o flora normal del tracto gastrointestinal de animales de sangre caliente; Achromatium oxaliferum que es la única bacteria conocida en la que las células se deposita Ca+2 en forma de cristales de calcita, en algún momento fue considerada como una bacteria gigante dado su tamaño (10 × 80 micras) (Babenzien, 1991); Th. namibiensis, considerada hasta antes del 2022 como la bacteria mas grande reportada. En esta figura también se incluyen algunas especies eucariotas (azul) como: Saccharomyces cerevisiae, que es un hongo generalmente unicelular (el eucariota mas pequeño, mide entre 5 y 10 micras) que es el responsable del levantamiento de la masa del pan (producción de gas a partir de la asimilación de azucares simples) o la producción de alcohol durante la fermentación de jugo de uva o manzana para la producción de vinos o sidras, o cereales para la producción de cerveza; Caenorhabditis elegans que es un gusano (nematodo)  que mide aproximadamente 1 mm de longitud, vive en ambientes templados y ha sido un importante modelo de estudio para la biología desde los 70’s; y Drosophila melanogaster o mosca de la fruta que mide de 2 a 8 mm y que es la mosca que comúnmente observamos en frutos maduros (en proceso de fermentación) tales como manzanas, bananas, uvas, etc. ya que se alimenta de ellas. Como ven, la Th. magnifica es mas grande que la mosca de la fruta mas grande.

Figura 5. Morfología de Th. magnifica. A. Comparación de tamaño de sistemas modelo bacterianos (verde) y eucariotas (azul) seleccionados en una escala logarítmica. Imagen tomada de Voland et al. (2022) con el permiso de Science, AAAs.

Figura 6. Montaje de microscopía óptica de la mitad superior de una célula de Th. magnifica, mostrando en el recuadro una parte basal rota que revela la morfología tubular debido a la presencia de una gran vacuola central y numerosos gránulos esféricos intracelulares de azufre (se muestra un tardígrado para la escala). Imagen tomada de Voland et al. (2022) con el permiso de Science, AAAs.

Entonces, la existencia de estos gigantes bacterianos abre la posibilidad de descubrir, en cualquier momento, otros linajes de macrobacterias previamente no identificadas. Para ello, una estrategia es buscar en los nichos mas probables y menos estudiados como los son los ambientes marinos extremos. En el caso de Th. magnifica, son ambientes marinos sulfurosos en los que para sobrevivir evolutivamente tuvieron que seleccionarse adaptaciones metabólicas y fisiológicas.

Conclusiones

Las células de nuestra bacteria gigante crecen órdenes de magnitud por encima de los límites teóricos para el tamaño de las células bacterianas, muestran una poliploidía sin precedentes de más de medio millón de copias de un genoma muy grande, y experimentan un ciclo de vida dimórfico con segregación asimétrica de cromosomas en células hijas. Estas características, junto con compartimentación de material genómico y ribosomas en orgánulos traduccionalmente activos unidos por membranas bioenergéticas (denominados como pepins; Voland et al., 2022, -Fig. 6-), indican ganancia de complejidad en el linaje Thiomargarita y un desafío para los conceptos tradicionales de las células bacterianas.

Citas

Mishra, S. 2022. Descubren una bacteria gigante que puede verse a simple vista. National Geographic. Ciencia. Publicado 29 Jun 2022 08:54 GMT-3  https://www.nationalgeographicla.com/ciencia/2022/06/descubren-una-bacteria-gigante-que-puede-verse-a-simple-vista.

BBC News Mundo. 2022. La impresionante imagen de la Thiomargarita magnifica, una bacteria tan grande como una pestaña. Redacción. Publicado el 24 junio 2022. https://www.bbc.com/mundo/noticias-61924606

Volland J-M, Gonzalez-Rizzo S, Gros O, et al. 2022. A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles. SCIENCE 376, 1453–1458 (2022) 24 June 2022. DOI: 10.1126/science.abb3634

Schultz HN, Brinkhoff T, Ferdelman TG, Hernández Mariné M, Teske A and Jørgensen BB. 1999. Dense Populations of a Giant Sulfur Bacterium in Namibian Shelf Sediments. Science, 284(5413):493-495. doi: 10.1126/science.284.5413.493.

Kalanetra KM, Joye SB, Sunseri NR, Nelson DC. 2005. Novel vacuolate sulfur bacteria from the Gulf of Mexico reproduce by reductive division in three dimensions. Environ Microbiol. 7(9):1451-60. doi: 10.1111/j.1462-2920.2005.00832.x.

Babenzien H-D. 1991. Achromatium oxaliferum and its ecological niche,

Zentralblatt für Mikrobiologie, 46(1): 41-49. doi: 10.1016/S0232-4393(11)80258-1.