El espacio: ¿Mala influencia para los microbios?

Al menos un microbio que causa enfermedades comunes se vuelve más virulento en un ambiente simulado de baja gravedad. Los científicos que estudian este fenómeno esperan llegar a una mejor comprensión de las enfermedades contagiosas.

Diciembre 1, 2003:La vida es un poco diferente en el espacio, incluso para los microbios. La investigación muestra que el patrón de actividad genética en algunos microbios varía con la ingravidez, produciendo diferencias en su comportamiento. Estas diferencias podrían ser la causa de una curiosa observación: un patógeno corriente transmitido por la comida, la salmonela, se vuelve más virulento cuando crece en un tipo de microgravedad simulada.

Derecha: Un micrográfico en color simulado del microbio de la salmonela. Imagen cortesía de Avinash Abhyankar.

Esta noticia no es un consuelo para los astronautas cuyos sistemas inmunológicos ya están debilitados en la ingravidez, haciendo más probable una infección. Para ayudar a los astronautas a mantenerse saludables y para comprender mejor las infecciones microbianas en general, los científicos quieren saber exactamente qué genes se ven afectados por la microgravedad y porqué la ingravidez -- sea real o simulada -- produce estos cambios.

"Siempre que observas un cambio en la virulencia de un microbio en respuesta a un estímulo ambiental, es una oportunidad de aprender algo acerca de cómo ese patógeno causa la enfermedad", dice Cheryl Nickerson, una experta en microbiología e inmunología del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Tulane.

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Nickerson y sus colegas esperan que el estudio de estos cambios pueda llevar a nuevas formas de combatir los microbios "malos" con medicamentos y vacunas, tanto para el bien de los astronautas como de las personas aquí en la Tierra. Usando modernos avances en biotecnología y la ingravidez proporcionada por la Estación Espacial Internacional (EEI), planean explorar los cambios en la expresión genética experimentados por los microbios, en la auténtica ingravidez de un vuelo espacial.

Su primer experimento, llamado "Yeast GAP", enviará levadura de cerveza genéticamente modificada (Saccharomyces cerevisiae) hacia la Estación Espacial a bordo de un cohete ruso Progreso en el año 2004.

La levadura de la cerveza no es patógena por sí misma. Sin embargo, "las células de la levadura constituyen un magnífico 'organismo modelo' para esta investigación porque se manipulan fácilmente, han sido estudiadas a fondo, y su genoma ha sido completamente resuelto", dice Nickerson, la principal investigadora del Yeast GAP. Además, la levadura de la cerveza comparte mucho de su ADN con especies infecciosas de hongos y protozoos. "El genoma de la levadura es también relativamente simple, lo cual hace que los resultados sean más fáciles de analizar", dice.

Izquierda:  El hongo unicelular Saccharomyces cerevisiae, también conocido como levadura de la cerveza. Imagen cortesía de David Byres, Colegio Comunitario de Florida (Florida Community College) en Jacksonville.

No obstante, el reto es formidable. El genoma de la levadura de la cerveza contiene 6.312 genes, cada uno de los cuales produce una de las proteínas que constituyen el mecanismo molecular de la célula. Para controlar esta inmensa complejidad, los investigadores enviarán 6.312 variantes de la levadura unicelular. Cada variante tiene un gen diferente que ha sido "eliminado" y sustituido por un único patrón, un "código de barras" de ADN hecho a medida. Este código de barras de ADN no codifica una proteína; simplemente sirve como una etiqueta para distinguir esa variante en particular, de todas las demás.

"Mezclamos todas estas cepas de levadura en un aparato de crecimiento especial (llamado Paquete de Activación en Grupo ( Group Activation Pack), ó GAP) y vemos cuales crecen bien en ingravidez," explica Timothy Hammond, co-investigador del GAP de levaduras y un especialista del riñón (nefrólogo) del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Tulane y del Centro Médico de Asuntos de los Veteranos (Veterans Affairs Medical Center) en Nueva Orleans.

Supongamos que a una variante de la levadura la falta algún gen en particular -- llamémosle "gen X." Y supongamos que esa variante no crece tan bien en el espacio como lo hace en tierra. Un resultado así implicaría que el gen X que falta es una parte esencial en la reacción de la levadura a la microgravedad.

Esa pequeña pieza de conocimiento ayudaría entonces a guiar la investigación futura: los científicos podrían enfocar sus experimentos hacia la posible relación de la proteína producida por el gen X, con los cambios en el comportamiento de varios microbios en el espacio -- incluyendo los microbios que causan enfermedades.

Arriba:  Las células en crecimiento permanecen suspendidas en microgravedad -- a diferencia de los cultivos establecidos en tierra que podrían estar indicando diferencias en la expresión. Imagen cortesía de la NASA

¿Por qué debería comportarse cualquier tipo de célula de forma distinta en microgravedad? Nadie está seguro. Pero los científicos tienen algunas ideas. Por ejemplo: quizás las células sienten deformaciones en sus membranas con forma de saco y responden a esa señal. Las células cultivadas en 1-g normalmente se acomodan en el fondo de su recipiente y se vuelven aplanadas, mientras que las células que flotan en ingravidez permanecen más redondas. Esa diferencia podría estar indicando cambios en la expresión genética.

Nickerson y otros están explorando esta idea en tierra usando un "simulador de microgravedad" desarrollado por el Centro Espacial Johnson de la NASA. Conocido como el "bioreactor rotativo", imita las condiciones de ingravidez para los microbios haciendo que crezcan dentro de una cámara llena de líquido que gira lentamente. La rotación del líquido contrarresta la lenta sedimentación de las células, creando así una "caída libre" constante de las células a través del medio de cultivo. Las células sienten un ligero corte según se mueven a través del líquido -- a diferencia de la auténtica ingravidez que podría afectar a su comportamiento -- pero como las células en órbita, evitan ser aplanadas en el fondo del recipiente. (Fue usando este bioreactor como Nickerson se dio cuenta por primera vez del incremento de la virulencia de la salmonela).

Derecha:  Una versión disponible comercialmente del bioreactor rotativo desarrollado por el Centro Espacial Johnson de la NASA. Imagen cortesía de Synthecon, Inc.

Aparentemente, la simulación de ingravidez del reactor funciona bastante bien. Un experimento anterior hecho por Hammond mostró que una cepa de levadura de cerveza cultivada en tierra, en el bioreactor, sufría muchos de los cambios en el comportamiento que exhibía la levadura cultivada a bordo del Transbordador Espacial. Explorar las semejanzas y diferencias en la reacción de las células a este ambiente del bioreactor, en comparación con la verdadera microgravedad será otro resultado importante del GAP de levaduras, dice Hammond. Si el bioreactor rotativo demuestra ser suficientemente similar al ambiente orbital, podría proporcionar una manera más económica y conveniente de estudiar a los microbios en condiciones como las de la microgravedad.

Así se realize en una ingravidez real o en una simulada, esta clase de investigación podría ayudar a desentrañar la base genética de las infecciones -- un poco de conocimiento que ayudará de la misma manera a los astronautas y a los amantes de la tierra a vivir de manera más saludable.