En la Antártida hay un pequeño lago, llamado Deep Lake, que es tan salado que permanece sin hielo todo el año a pesar de que las temperaturas en invierno llegan a los -20 °C. Las arqueas, un tipo único de microorganismo unicelular, prosperan en este ambiente extremadamente frío.
Los microbiólogos de la Universidad Tecnológica de Sydney (UTS), Dr. Yan Liao , y el profesor asociado Iain Duggin , del Instituto Australiano de Microbiología e Infecciones, han estado estudiando cómo estas formas de vida simples y antiguas crecen y sobreviven.
“Las arqueas son uno de los tres linajes de la vida, junto con las bacterias y los eucariotas (organismos cuyas células tienen un núcleo rodeado de membrana, como las plantas y los animales). Están muy extendidas y desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de los ecosistemas de la Tierra”, afirmó el Dr. Liao.
Un nuevo estudio publicado en Nature Communications , dirigido por el Dr. Liao y el Dr. Joshua Hamm del Real Instituto Holandés de Investigación Marina, muestra por primera vez que algunas de estas arqueas se comportan como depredadores parásitos que matan rápidamente a sus huéspedes.
“Son menos estudiadas y comprendidas que los otros linajes. Sin embargo, las arqueas proporcionan pistas sobre la evolución de la vida en la Tierra, así como sobre cómo podría existir vida en otros planetas. Su bioquímica única también tiene aplicaciones prometedoras en biotecnología y biorremediación.
“Se han encontrado prosperando en fuentes termales hirvientes muy ácidas, en fuentes hidrotermales de aguas profundas a temperaturas muy superiores a los 100 grados centígrados, en aguas hipersalinas como el Mar Muerto, así como en la Antártida”, dijo el Dr. Liao.
Las arqueas utilizadas en el estudio fueron recolectadas del lago Deep, frío e hipersalino, en la Antártida por el profesor Ricardo Cavicchioli, autor principal de la UNSW Sydney, quien dirigió inicialmente este proyecto. El Dr. Liao y el profesor asociado Duggin también viajaron a lagos salados rosados australianos para recolectar arqueas.
Dentro de las arqueas, existe un grupo llamado arqueas DPANN, que son mucho más pequeñas que otras arqueas, con genomas muy pequeños y capacidades metabólicas limitadas. El estudio revela que dependen de microbios hospedadores, en particular de otras arqueas, para sobrevivir.
“Es la primera vez que se observa un comportamiento tan agresivo en las arqueas. En muchos sentidos, su actividad es similar a la de algunos virus, lo que nos lleva a reevaluar su papel ecológico en el entorno antártico”, afirmó el Dr. Hamm.
Se han cultivado muy pocas arqueas DPANN en el laboratorio, y el Dr. Liao y sus colegas desarrollaron nuevas técnicas, que incluyen tinción de muestras únicas, microscopía de fluorescencia en vivo y microscopía electrónica, para visualizar las partes internas de las células huésped y rastrear las interacciones entre las arqueas DPANN y sus huéspedes.
El Dr. Liao tiñó al huésped, un archaeon llamado Halorubrum lacusprofundi , y al archaeon DPANN parásito Candidatus Nanohaloarchaeum antarcticus, con tintes no citotóxicos que brillan con diferentes colores cuando se exponen a la luz láser.
“Esto nos permitió observar los organismos juntos durante períodos prolongados e identificar las células por color. Vimos que los parásitos DPANN se adherían y luego parecían moverse hacia la célula huésped, lo que provocaba la lisis de la célula huésped o su ruptura”, dijo.
El profesor asociado Duggin dijo que los depredadores son actores importantes en los ecosistemas porque cuando matan a sus anfitriones, no solo se alimentan sino que también hacen que los restos de las células anfitrionas estén disponibles para que otros organismos puedan alimentarse.
“Esto permite que otros microbios crezcan y evita que el organismo huésped acapare nutrientes. Las arqueas DPANN que investigamos parecen desempeñar un papel mucho más importante en los ecosistemas de lo que se creía. Es posible que estas arqueas tengan un estilo de vida parasitario o infeccioso común”.
La investigación fue un esfuerzo colaborativo internacional en el que participaron la UTS, el Instituto Real Holandés de Investigación Marina, la UNSW Sydney, el Laboratorio de Biología Molecular del MRC en Cambridge y la Universidad de Oxford.
La Dra. Liao dijo que su investigación futura tiene como objetivo explorar las arqueas para aplicaciones biomédicas y biotecnológicas. Si bien no se ha descubierto que las arqueas causen enfermedades, aún podrían afectar el bienestar. Las arqueas también son responsables de las emisiones de metano del ganado, por lo que un mayor conocimiento de los estilos de vida de las arqueas podría ser útil para combatir el cambio climático.
