El secreto de los tardígrados

tardigrados en el espacio

Sergio Escamilla Ruiz, estudiante predoctoral en el Instituto de Neurociencias de Alicante
(UMH-CSIC)

Cómo sobreviven los tardígrados en el espacio

Los humanos, al igual que muchos otros mamíferos, vivimos en un rango de condiciones muy restringido. Variaciones en parámetros como la temperatura, la salinidad, la humedad, el pH o la radiación, pueden acabar rápidamente con nuestra vida. No obstante, existen otros muchos organismos que viven perfectamente en condiciones extremas.

Entre este tipo de organismos, llamados extremófilos, destacan las arqueas, unos seres unicelulares que junto a las bacterias y eucariotas forman los tres grandes dominios del árbol de la vida. Las arqueas halófilas son capaces de vivir en condiciones de muy alta salinidad, como las del género Halobacterium, que son capaces de vivir en el mar muerto. Otro ejemplo son los organismos barófilos, como el género Thermaerobacter, son capaces de sobrevivir a muy altas presiones, como a 11.000 metros bajo el mar, en la fosa de las Marianas.

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Ilustración representativa de una sección de la corteza terrestre en la que se muestran la diversidad de ambientes extremos que existen un su localización aproximada. © 2019 Merino, Aronson, Bojanova, Feyhl-Buska, Wong, Zhang and Giovannelli.

Sin embargo, fuera del dominio de las arqueas y algunas bacterias, es inusual encontrar organismos que sean capaces de sobrevivir a condiciones tan extremas. Por ello son famosos los tardígrados, unos seres pluricelulares también conocidos como osos de agua. Los tardígrados constituyen un filo en sí mismo. Para entender qué significa esto, explicaré brevemente las principales categorías taxonómicas. Nuestra especie es Homo sapiens. La primera palabra, Homo, hace referencia al género; y la segunda, sapiens, a la especie. A su vez, los géneros se incluyen dentro de una categoría mayor: las familias. Estas se incluyen a su vez en órdenes, éstos en clases, que se agrupan formando filos: grandes grupos de organismos que definen patrones corporales generales. Algunos filos son: anélidos, artrópodos, cordados (donde se encuentran los vertebrados), equinodermos, moluscos, esponjas y tardígrados, entre otros. En el caso del ser humano, la clasificación taxonómica sería: especie Homo sapiens, género Homo, familia homínidos, orden primates, clase mamíferos, filo cordados, reino animal y dominio eucariota.

Tardígrados vivos en movimiento. Wikimedia Commons.

Así pues, los tardígrados constituyen un filo en sí mismo, que ha dado lugar a más de mil especies. Algunos de estos seres pueden sobrevivir a altas dosis de radiación, a una deshidratación extrema, a presiones elevadas, a ser inmersos en disolventes orgánicos, e, incluso, pueden sobrevivir en el espacio exterior.

Los biólogos se han preguntado desde hace años cómo hacen los tardígrados para sobrevivir a condiciones tan extremas. En lo seres vivos, los agentes que llevan a cabo las funciones biológicas son las proteínas. Estas, se forman en un proceso llamado traducción a partir de una molécula de ARN mensajero, que a su vez ha sido formada en un proceso llamado transcripción a partir de la molécula de ADN. El conjunto de secuencias de ADN de una especie se denomina genoma.

Un estudio publicado en la revista Nature Communications analizó el genoma de uno de los tardígrados más resistentes a la baja humedad y a la radioactividad, Ramazzottius varieornatus.  Encontraron un gen llamado Dsup. La proteína que codificaba este gen parecía estar protegiendo al ADN bajo condiciones de deshidratación y radioactividad. La aproximación que tomaron los científicos fue cultivar en el laboratorio células de origen humano, que fueron modificadas para que expresaran la proteína del tardígrado Dsup, y así estudiar su función.

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El tardígrado R. varieornatus el origen taxonómico de su repertorio genético. (a) Imagen de microscopía electrónica del tardígrado hidratado (a) y deshidratado (b). (c) Clasificación del repertorio genético de R. varieornatus, según sus orígenes taxonómicos putativos.

© Hashimoto T, Horikawa DD, Saito Y, Kuwahara H, Kozuka-Hata H, Shin-I T, Minakuchi Y, Ohishi K, Motoyama A, Aizu T, Enomoto A, Kondo K, Tanaka S, Hara Y, Koshikawa S, Sagara H, Miura T, Yokobori SI, Miyagawa K, Suzuki Y, Kubo T, Oyama M, Kohara Y, Fujiyama A, Arakawa K, Katayama T, Toyoda A, Kunieda T. Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein. Nat Commun. 2016 Sep 20;7:12808. doi: 10.1038/ncomms12808. PMID: 27649274; PMCID: PMC5034306.

Los rayos X pueden provocar rotura de una de las dos cadenas del ADN con alta probabilidad. Este tipo de rotura no es devastadora, ya que el genoma humano codifica proteínas capaces de reparar esta lesión. Sin embargo, los rayos X también pueden provocar roturas de las 2 cadenas del ADN. Esta lesión es menos probable, pero mucho más dañina, ya que en nuestro genoma no hay genes que codifiquen proteínas con la función de reparar una rotura de las 2 cadenas del ADN.

Los científicos encontraron que las células humanas modificadas para expresar Dsup y que habían sido expuestas a rayos X, tuvieron un 17% menos de rotura de cadena única de ADN. Además, tuvieron un 40% menos de rotura de doble cadena del ADN.

Por otro lado, los autores explican que la deshidratación extrema provoca roturas de doble cadena del ADN, al igual que los rayos X, por lo que la misma proteína, Dsup, protegería a los tardígrados ante ambas condiciones extremas: desecación y radiación energética.

Este estudio abre la posibilidad a utilizar los genes que le confieren a los tardígrados su resistencia a la desecación y radiactividad en otros organismos. Por ejemplo, mediante herramientas biotecnológicas, se podrían generar plantas transgénicas que expresaran Dsup para que pudieran ser cultivadas en zonas de sequía, o incluso en Marte, donde la radiación es muy intensa.

BIBLIOGRAFÍA

Hashimoto, T. et al. (2016) ‘Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein’, Nature Communications, 7. doi: 10.1038/ncomms12808.

Merino, N. et al. (2019) ‘Living at the extremes: Extremophiles and the limits of life in a planetary context’, Frontiers in Microbiology, 10(MAR). doi: 10.3389/fmicb.2019.00780.

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