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sábado 24 de octubre de 2020
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Adelanto de «Historias del inframundo biológico», de Luis Gabriel Wall

Fanáticos del alcohol en gel, ¡sepan que la batalla está perdida! Es necesario asumirlo: los microorganismos nos superan ampliamente en número (en un gramo de suelo, algo así como una cucharita de té, viven diez mil millones de bacterias y ni siquiera están amontonadas); son más resistentes (algunas soportan condiciones muy extremas: viven en salinas, hielos antárticos o profundidades marinas, lugares en los que durante muchísimo tiempo se pensó que no había vida), y como si esto fuera poco, se comunican e interaccionan entre sí y con organismos superiores, como las plantas, los hongos y … los humanos mismos, creando verdaderas comunidades.

Con información actualizada, Luis Wall es nuestro guía de lujo por el complejo inframundo biológico que habita el suelo y que hasta hace poco nos resultaba desconocido. En este libro nos explica qué es el microbioma, concepto fundamental para entender el funcionamiento de la vida microbiana. Pero hay algo más que el autor revela: los microorganismos pueden ayudarnos a solucionar problemas como el calentamiento global y la contaminación ambiental.

Es cierto que las bacterias son seres tanto más simples que las personas, pero también lo es que interaccionan mucho y de muy diversas maneras con su entorno. Comprender esas redes de interacción nos permitirá conocer un poco mejor el planeta y quizá nos sirva de espejo para entender las relaciones humanas. A fin de cuentas todos estamos hechos de ADN y de las mismas moléculas.

A continuación, un fragmento a modo de adelanto:

 

11- Comunicación y redes sociales (los idiomas microbianos y el juego de señales)

El disparador que me empujó a escribir este capítulo fue la lectura de frases como la siguiente: “ El hombre se caracteriza por ser social; su comportamiento y éxito como especie se basa en su capacidad de comunicar”, a la que algunos autores agregan la inquietante idea: “generar ficción y mentir”.  Por mi deformación profesional, luego de leer esas frases me pregunto si esas características son privativas de la especie humana (inmediatamente pienso en las abejas y las hormigas como animales sociales) e ipso facto me pregunto si las plantas son seres sociales, y entonces subo la apuesta y me pregunto si los microorganismos son seres sociales.  Al hacerme estas preguntas, me obligo a buscar respuestas según la lógica de los conceptos que se aplican a las especies superiores como, por supuesto, el Homo sapiens.

Primera reacción, que no debería hacer pública: voy a Wikipedia para ver qué dice la enciclopedia libre y veo que al definir “sociedad” aparecen conceptos como: “Es la relación que se establece entre los individuos […] e implica cierto grado de comunicación y cooperación, que en un nivel superior […] puede calificarse como ‘cultura’”, y todo esto se acerca muy bien a las ideas que tenía en mente.  El desafío aparece con los conceptos “comunicación” y “cultura”, que, en principio, parecen difíciles de abordar desde un punto de vista microbiológico.

Segunda reacción, que puedo hacer pública: salgo a comprar un libro de sociología de algún autor académicamente reconocido y me pongo a leer, siempre con los microorganismos in mente, tratando de encontrar modelos de interpretación que puedan aplicarse al mundo microbiológico y pensar qué pasa a partir de esa nueva manera de mirar.

No hace muchos años, en la década del sesenta, se reconoció por primera vez el valor de la ventaja adaptativa que implica la vida social en la evolución biológica.  Unos veinte años después, se descubrió que las bacterias son seres capaces de saber cuándo están solas y cuándo en grupo.  Cuando las bacterias reconocen su situación social, cambian su comportamiento.  A este fenotipo o propiedad bacteriana se lo llamó quorum sensing, haciendo referencia al sentir de la presencia del otro.  El quorum sensing permite definir a partir de qué tamaño de grupo, o mejor dicho, de qué valor de concentración de individuos, se logra estado de cuerpo55 y se cambia de comportamiento.

Las bacterias, en principio, no hablan como nosotros, no levantan la mano ni ven cómo los otros levantan la mano, tampoco cuentan como nosotros (1, 2, 3, 4…).  Sin embargo, se las arreglan para saber cuándo están solas, como individuos, y cuándo están en grupo (logrando quorum, como los diputados) y actúan en consecuencia.  El mecanismo que opera en estos casos y les permite comunicarse y contarse tiene la belleza de lo simple, como todo en la biología: se trata de un mecanismo de señales y receptores que se denomina “sistema regulador de dos componentes”.  Voy a tratar de explicarlo con palabras y nos vamos a apoyar en un esquema o dibujo (figura 3).  Pero primero intentemos imaginarlo a partir de esta descripción: los dos componentes son una molécula señal y un receptor de dicha señal.

Como si la señal fuese una bolita, un tornillo o una llave y el receptor, un molde en el que estas piezas encajan de manera perfecta; en estos casos, el receptor sería un hoyo, una tuerca o una cerradura, respectivamente.

El molde en el que encaja la pieza u objeto señal tiene la particularidad de cambiar de forma, sutilmente, apenas, cuando la señal se encastra en el receptor.  Como sucede con el guante de béisbol cuando atrapa la bola, que se cierra apenas sobre la bola atrapada.  Este cambio de forma actúa como una nueva señal que, a su vez, es reconocida y opera sobre un nuevo receptor, generando, por fin, un cambio de comportamiento.  En las bacterias, este cambio de comportamiento significa cambiar la expresión de algunos genes.

La bacteria expresa unos genes cuando vive sola y aislada, lo cual genera un tipo de comportamiento y de funcionamiento con relación a su entorno, y expresa otros genes cuando vive en grupo (cambiando dicho comportamiento).  No es difícil imaginarse que uno se comporta de manera diferente, expresa habilidades distintas, cuando está en soledad que cuando se encuentra en situación de grupo.

La particularidad que tiene el primer componente de este sistema de comunicación, o primera señal, es que la molécula señal es capaz de atravesar la membrana que rodea la célula y difundirse libremente hacia el entorno.  Dicho de otra manera, la membrana es permeable por completo a la señal que entra y sale, siguiendo las leyes de la difusión.  La difusión significa el movimiento espontáneo de los objetos desde donde hay más concentración hacia donde hay menos concentración.  Cuando las concentraciones a ambos lados de la membrana son iguales, sigue habiendo flujo hacia afuera y hacia adentro, pero el balance es neutro, entran tantos objetos como los que salen y en apariencia no hay cambios.

 

Figura 3. Comunicación entre bacterias y señales (quorum sensing)  que permiten comprender cómo las bacterias cambian de comportamiento según se encuentren solas o en grupo en el ambiente

 

En el esquema superior se ve cómo el primer componente o señal #1 que produce la bacteria sale al ambiente y se dispersa. En esta situación, el segundo componente o señal #2 es capaz de unirse al ADN y activar la expresión de los genes que le permiten a la bacteria llevar una vida solitaria; simultáneamente se produce la inhibición de la expresión de los genes de vida en comunidad. En el esquema inferior, se observa cómo la presencia de muchas bacterias en el mismo lugar genera una elevada concentración de la señal #1 que se acumula en el ambiente y entra a la célula desde afuera. En esta situación en que aumenta la presencia de la señal #1 dentro de la bacteria, el componente #2 se une al componente #1, juntos cambian de forma y en esta nueva forma se unen al ADN en otros sitios de modo que, ahora, se estimula la expresión de los genes de vida en comunidad y se inhiben los genes de vida solitaria. La bacteria en este estado suele formar estructuras de biofilm que le permiten interactuar con el medio ambiente de otro modo.

 

Imaginemos una bacteria que quiere saber si está sola para decidir cómo actuar en relación con el ambiente.  Piensen que ustedes querrían saber si están solos o no al entrar en una habitación oscura o con los ojos cerrados, para saber cómo actuar.

Una reacción podría ser hablar, decir “hola” y quedarse esperando una respuesta. ¿ Qué sucede cuando hay otra u otras personas alrededor?  Comenzarán a escuchar “hola”, “hola”, dicho por las otras personas y de inmediato sabrán que no están solos y actuarán en consecuencia.  Si, en cambio, dicen “hola” y nunca escuchan un “hola” que venga de afuera, su conclusión será que se encuentran solos y actuarán en consecuencia.  El equivalente del “hola” es la molécula señal o primer componente que la bacteria sintetiza y deja escapar hacia fuera de su célula.  Al igual que cuando las personas repetimos el “hola”, para saber si hay alguien más, la bacteria construye varias de estas moléculas y las deja salir.  Las moléculas señal se difunden hacia afuera de la célula y lo que sucede en el tiempo determinará si la bacteria reconoce estar sola o acompañada.

 

Situación 1 (condición de vida solitaria)

La bacteria está aislada y sola en ese ambiente.

La bacteria sintetiza unas moléculas señal (primer componente del sistema) y las deja salir de su célula.

Las membranas de la bacteria son completamente permeables a esas moléculas y de ese modo las señales van a difundir alejándose de la bacteria.  Además, la bacteria tiene un receptor interno (segundo componente del sistema) para esas mismas moléculas señales, pero como las señales se difunden hacia afuera, el receptor va a estar por lo general vacío, porque las moléculas no alcanzan la concentración necesaria para quedar pegadas al receptor.  A lo sumo pueden unir alguna señal al receptor por un ratito mientras la señal está dentro de la célula, pero se suelta y se difunde a través de la membrana como las otras señales y se aleja.  Cuando el receptor está vacío y no recibe la señal, eso determina cierta expresión genética en la bacteria que caracteriza su condición unicelular o planctónica.  La bacteria en esa situación actúa como individuo aislado, expresando un conjunto de genes que le permiten interactuar de la mejor manera con el ambiente cuando se las tiene que arreglar solita para vivir y todas las tareas de interacción con el ambiente dependen de ella.

 

Situación 2 (condición de vida en grupo)

Pensemos ahora en un ambiente similar al anterior pero, en vez de una bacteria sola, en ese lugar hay muchas bacterias similares a la primera.  Las bacterias se juntaron allí por alguna razón.  Por ejemplo, porque fueron atraídas por una sustancia exudada de una raíz, como explicamos antes.  Pero, volviendo a la pregunta inicial, ¿cómo saben las bacterias, que ahora son muchas, que están en el mismo lugar?  El mecanismo que opera es el que ya describimos, pero con diferentes consecuencias, pues ha cambiado la situación.  Cada bacteria individual interroga el ambiente igual que antes con un “hola”, de forma química.  Sintetiza la molécula señal y la dejan salir.  Pero si hay muchas bacterias en un mismo lugar y todas dejan salir de manera simultánea el mismo componente, la concentración de esta señal afuera de las bacterias va a aumentar y la señal comenzará a difundirse en el sentido opuesto, hacia adentro de la bacteria.  Esto va a generar un aumento de la concentración de la señal dentro de la bacteria.  En esta situación, el segundo componente o receptor va a unirse a la señal y cambiará de forma.  No porque el receptor busque la señal, sino simplemente porque hay mucha cantidad de señal dentro de la célula y alguna chocará con el receptor, encajará en su molde y, al quedar unida al receptor, este cambiará de forma (como el guante de béisbol cuando entró la bola y la atrapó).  Este cambio de forma en el receptor constituye otra (nueva) señal para la bacteria, que determina que se expresen otros genes y que cambie su comportamiento frente a su entorno.  La bacteria no está sola; en consecuencia, la interacción con el ambiente sucederá desde el grupo y no de forma aislada.  Esta situación es diferente de la anterior: la bacteria puede percibir que está rodeada por iguales.

Al reconocer el estado de grupo o quorum, necesita expresar otras habilidades para funcionar en grupo y no individualmente.  Lo que la bacteria hace en esa situación es cambiar su expresión genética.  Las bacterias en estado de quorum actúan en forma de colonia o de manera más sofisticada; hoy se cree que cuando están en quorum se organizan en un biofilm y desde allí interactúan con el ambiente.

El tema resulta complejo y quizá difícil de comprender en una primera lectura, pero es importante intentarlo pues es una puerta a la comprensión de cómo funciona la biología para dejar el animismo y la magia de lado.  De a poco conseguiremos ponernos en el lugar de la bacteria y ver desde allí lo que le pasa, que no es muy diferente de lo que nos sucede a nosotros cuando queremos saber si estamos solos o en grupo y actuamos en consecuencia.  No se asombren si se encuentran pensando que las bacterias se hablan y se escuchan, pues yo pienso lo mismo.  No están solos en eso.

Y hay más: existen varios tipos de señales.  Distintos grupos de bacterias suelen usar diferentes tipos de moléculas señal.

Cuando digo “diferentes tipos” quiero decir diferentes clases de sustancias químicas.  Por ejemplo, hay señales que pertenecen a las familias de las lactonas, hay señales que se llaman “lipopéptidos”, etc.  Podemos llamarlas señales  X o  Y, es igual.  Podríamos decir que son diferentes idiomas.  Con esta idea de los diversos idiomas microbianos, podemos imaginar que en un lugar donde hay varios grupos diferentes de bacterias, aparentemente mezclados entre sí, las señales de un tipo de bacteria solo van a ser reconocidas por las que tienen receptores para esa señal.  Las bacterias que no tienen receptor son “sordas” para ese idioma o, mejor dicho, no lo pueden comprender, no lo pueden procesar.

Esta pequeña complejidad explica que puedan convivir muy diferentes bacterias en un mismo lugar sin interferirse, pudiendo organizarse en la muchedumbre.

Volvamos a la analogía del aeropuerto internacional.  Allí uno puede encontrarse rodeado de grupos de varias nacionalidades que hablan diversos idiomas.  No solo eso, sino que puede haber grupos muy charlatanes y encima que lo hagan a los gritos.

Si uno no comprende ese idioma, puede seguir con la lectura en su lengua o conversando con su compañero o compañera de viaje en el mismo idioma sin sentirse perturbado o molesto.

Pero no es igual intentar conversar en el mismo idioma con una compañera o compañero en una mutitud que habla a los gritos en nuestro mismo idioma.  Para ejemplo sobran botones: pensemos en la incomodidad que sentimos en un bar o una biblioteca cuando varias personas comienzan a conversar en voz alta y ni qué decir si vamos en un subte o en un tren en hora pico y sube un grupo de amigos en el mismo vagón o alguien atiende una llamada telefónica y se pone a hablar acaloradamente…

 

¿Bacterias políglotas?

Es sencillo entender en el mundo de hoy la importancia de saber diferentes lenguas.  Un políglota sin duda tiene más chances de éxito en diferentes lugares que quien habla solo un idioma.  Podríamos discurrir acerca del correcto uso del lenguaje o del uso del lenguaje para interferir comunicaciones o para mentir y estafar, o hablar por fonética (que no es ni bueno ni malo, pero resulta muy necesario para que sucedan ciertas obras de arte como algunas óperas cantadas en un idioma que el intérprete no domina).  Pues bien, existe una variedad de señales moleculares y existe una variedad de receptores.  Podemos imaginar bacterias u organismos que emiten señales con el único propósito de interferir comunicaciones entre otras bacterias u organismos.  O al revés, bacterias de un tipo que logran interactuar con bacterias de otro tipo pues “aprenden su idioma” aprendiendo a sintetizar las señales de las otras bacterias.

La interferencia de idiomas no se da solo entre bacterias: las plantas utilizan el idioma de las bacterias para comunicarse con ellas y las bacterias utilizan el idioma de las plantas para comunicarse con ellas.  La interacción ocurre porque existe comunicación.

Al igual que nosotros cuando viajamos a lugares desconocidos y no sabemos el idioma y salimos con los celulares a “buscar señal” de wifi, las bacterias hacen algo parecido buscando sus señales en el ambiente para conectarse con otras.  Para que la analogía resulte un poco más inquietante, algunas señales (sustancias, moléculas) son volátiles y se difunden en el aire, comunicando por el éter, como la internet por wifi.

Para cerrar este capítulo y en tren de seguir comunicando, sabemos que la comunicación entre grandes centros urbanos se da por sistemas como autopistas, vías fluviales, rutas aéreas, y por los transportes como trenes, camiones, barcos, aviones, etc.

Las conexiones entre las raíces de plantas por los filamentos de hongos, que describiremos en el próximo capítulo, constituyen verdaderas autopistas microbianas.  Sobre la superficie de los filamentos de los hongos (que son diez veces más grandes que las bacterias), se puede establecer una delgadísima película de agua por la cual las bacterias se pueden mover a gran velocidad (de hecho, lo hacen y se ha filmado).  Como si la superficie del filamento del hongo fuese una calle de asfalto, en medio de un ambiente rocoso y muy irregular como seguramente es el suelo a escala microscópica.  Créanme, yo lo vi, las autopistas bacterianas existen.  Pintando las bacterias con colores flúo, se las puede ver moviéndose a gran velocidad en uno y otro sentido sobre la película de agua que se deposita sobre el filamento del hongo que, a su vez, se extiende y se tensa entre una planta y otra.

Además de estas autopistas bacterianas, podemos reconocer otros medios de transporte de bacterias, arqueas y otros microbios en masa.  Es el que se da por los grandes monstruos de la macro y mesofauna que viven en el suelo.  Estos “animalitos de

Dios” hacen las veces de transporte público de los microbios, como trenes, tranvías, colectivos y subtes.  Por ejemplo, las lombrices.  Algunas se mueven de forma vertical en el suelo, de la superficie a las profundidades; otras lo hacen a diferentes profundidades moviendose de manera hortizontal, y las hay con recorridos intermedios o combinados.  Es decir que tenemos diferentes ramales de lombrices como sistema de transporte público de microbios en el suelo.  Estos medios de transporte microbianos funcionan de una manera un poco brutal.  En la estación de partida, la lombriz se alimenta de suelo ingiriendo pequeños bocados con todas las bacterias, arqueas y hongos que vivan en ese bocado de suelo.  Ya alimentada, la lombriz se mueve en el suelo hasta otro lugar, como un tren de alta velocidad, y al llegar a destino –otro lugar del suelo– defeca el bocado de suelo ingerido un rato antes y, de ese modo, deposita bacterias y microbios en su nuevo destino.  Es un tanto escatológico, pero funciona muy bien como sistema de transporte.  Pero no solo de lombrices se trata la macrofauna del suelo; así, podemos pensar que todos los bichos que viven en el suelo y lo caminan o reptan continuamente, transportan microbios de un lugar a otro en la superficie de sus patas, antenas, cuerpo, etc.

Movidito el suelo y sus habitantes, ¿no?

 

Historias del inframundo biológico
En este libro nos explica qué es el microbioma, concepto fundamental para entender el funcionamiento de la vida microbiana. Pero hay algo más que el autor revela: los microorganismos pueden ayudarnos a solucionar problemas como el calentamiento global y la contaminación ambiental.
Publicada por: Siglo XXI
Fecha de publicación: 04/01/2020
ISBN: 978-987-629-994-7
Disponible en: Libro de bolsillo

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