Per fi he complert un d’aquells somnis que tenia des de petita, des que vaig veure un reportatge sobre una terra de gel i foc. Quan viatges a Islàndia et trobes amb una illa on la natura és extrema; passes dels guèisers, volcans i columnes basàltiques a les llengües de glacera amb icebergs, valls arrodonides i cascades imponents. En un lloc amb tanta aigua i tanta activitat geotèrmica, s’ha d’anar amb compte amb l’elevada temperatura de les basses naturals d’aigua termal, que pot vorejar els 100 graus centígrads; una temperatura extrema que ens pot semblar incompatible amb la vida, però res més lluny de la realitat, ja que hi ha organismes altament especialitzats que ocupen aquests nínxols ecològics tan difícils per a la resta. N’hi ha que poden suportar l’alta temperatura, n’hi ha que l’excés de sal, n’hi ha que el pH molt àcid o molt bàsic... són els anomenats organismes extremòfils (amants de les condicions ambientals extremes).

Els extremòfils viuen en condicions ambientals extremes i tenen estratègies biològiques alienes a la resta d’organismes

Els organismes extremòfils són, principalment, bacteris (o com els anomenem científicament, organismes procariotes), però també hi ha organismes pluricel·lulars més complexos (organismes eucariotes). Per a poder sobreviure en aquests ambients tan poc amigables, els organismes extremòfils presenten nombroses adaptacions i estratègies biològiques diferents i alienes a la resta d’espècies, i això els fa particularment fascinants des del punt de vista científic. Del seu estudi es generen noves aplicacions biotecnològiques i eines moleculars revolucionàries sense les quals no podem comprendre actualment el progrés exponencial de les últimes dècades en tècniques com ara la seqüenciació del genoma, la generació d’organismes transgènics, el desenvolupament de la teràpia gènica i la teràpia cel·lular, o més recentment, l’edició gènica, que canviarà el món biològic tal com l’entenem. Tècniques que reben noms molt llargs i complicats, però que, en ser tan conegudes en el món científic (tot i que potser són més desconegudes en el món habitual), poden ser esmentades directament per les seves sigles, com ara la PCR o la tècnica de CRISPR/Cas9.

L’estudi dels extremòfils ha permès “inventar” eines moleculars que han revolucionat la biomedicina i la biotecnologia

Avui no parlarem de tots els tipus d’organismes extremòfils; sinó dels que són resistents a les temperatures elevades, els organismes termòfils. Mirant unes basses termals magnífiques al parc de Geysir (el qual ha donat nom als guèisers, el fenomen natural d’ejecció d’aigua calenta a gran alçada en les zones volcàniques), anava rumiant quins organismes hi podien viure. Immediatament, em van venir al cap les basses geotèrmiques que hi ha a una altra zona del món, a Yellowstone, on viuen un gran nombre d’organismes termòfils, entre els quals destaquen certs microorganismes (Thermofilus aquaticus) que han canviat la història de la genètica molecular. Un cap de setmana de l’estiu de 1983, Karis Mullis, un químic que treballava a l’empresa Cetus a Califòrnia sintetitzant petites seqüències d’ADN anomenades oligonucleòtids, tot conduint per una carretera de muntanya plena de corbes prop de Berkeley i sentint l’olor dels castanyers en flor, va tenir un moment de lucidesa únic, una guspira d’inspiració increïble. Una idea tan genial que li va valer guanyar el Premi Nobel, l’any 1993, justament per inventar el que ell va anomenar PCR (Polymerase chain reaction). Tal com ell ho explica en una conferència èpica la nit que li van concedir el Nobel, com qui diu, sense despentinar-se, aquella nit se li va acudir una manera extremadament senzilla per amplificar ADN (fent milions de “fotocòpies” d’una seqüència d’ADN específica). Així, per fer una PCR només calia afegir a un tub d’assaig, l’ADN que conté un gen o una seqüència de la qual es vol fer “moltes còpies”, afegint-hi dos encebadors (dues petites seqüències específiques d’ADN que s’uneixen de manera específica allí on volem començar i acabar la “fotocopia”), nucleòtids precursors i un enzim capaç de copiar l’ADN, que anomenem DNA polimerasa. Mitjançant la realització de cicles amb tres passos, Mullis va aconseguir amplificar ADN, multiplicant la seqüència desitjada de forma exponencial, ja que en cada cicle es duplicava la quantitat d’ADN del cicle anterior, de forma que amb 30 cicles podia obtenir 230 còpies del fragment d’ADN inicial a copiar, és a dir, milions de milions de “fotocòpies”. Com que aquests cicles inclouen escalfar la reacció fins a quasi bullir, la majoria de DNA polimerases (que són proteïnes) es fan malbé i deixen de funcionar, és a dir, es desnaturalitzen per la calor, com el que succeeix, per exemple, amb la clara d’ou quan l’escalfem i la cuinem, que canvia de forma irreversible les seves característiques. Doncs bé, resulta que els bacteris termòfils, que poden viure a aigües de temperatura superior als 70 graus centígrads, tenen unes proteïnes que són extremadament termo-resistents i que no només poden treballar perfectament a aquestes temperatures elevades, sinó que fins i tot, poden suportar temperatures superiors als 90 graus sense desnaturalitzar-se. Així, en la PCR que fem servir a tots els laboratoris del món i que ens permet amplificar quantitats ínfimes d’ADN de mostres tan diverses com les d’un pacient que necessita un diagnòstic genètic, una mostra forense o un virus, la DNA polimerasa que emprem és la Taq polimerasa, que és la DNA polimerasa del bacteri Thermofilus aquaticus, una espècie que viu a les basses de Yellowstone. La PCR té avui dia moltes variants diferents que tenen una infinitat d’usos en tots els àmbits de la biologia i la medicina, però podríem ben dir que la seva invenció ara fa poc més de 30 anys es va deure ben bé a la serendipitat (a l’atzar i una mica de sort, que també cal en ciència).

Gràcies als organismes termòfils, podem amplificar quantitats ínfimes d’ADN amb la tècnica de la PCR, fent-ne milions de ”fotocòpies”

Com ja hem dit, també hi ha alguns organismes extremòfils que són pluricel·lulars. Els últims anys hem vist un increment de l’interès científic per uns petits animals de mig mil·límetre de longitud, els tardígrads (també anomenats ossos d’aigua, perquè tot i ser invertebrats propers evolutivament a les aranyes, insectes i crustacis, realment recorden a uns ossos estrambòtics nedant dins l’aigua, mireu-ne el vídeo). Per què s’estudien els tardígrads? Doncs perquè són uns organismes que aguanten condicions molt extremes, des del fred més impensable, quasi en el zero absolut (-272 graus centígrads), fins a la calor més enllà de la temperatura d’ebullició; des d’una pressió insuportable per a la resta d’organismes, al buit (absència total de pressió). Sembla que aquesta resiliència dels tardígrads es deu que poden retardar el seu metabolisme i, mitjançant la producció d’una proteïna particular, “vitrifiquen” l’interior de les seves cèl·lules, literalment com si les “congelessin” de forma que l’animal no mor en aquestes condicions, sinó que les seves cèl·lules queden en estat vegetatiu i latent, per revifar quan les condicions són les adients. Fins i tot, sembla que podrien aguantar l’impacte d’un enorme asteroide, o bé viatjar en l’espai suportant radiacions solars i raigs gamma i permetent la supervivència d’espècies terrestres en l’espai (com s’explica en un article a Scientific Reports tot just fa un mes), talment semblen material de ciència-ficció. Us imagineu què podem arribar a aprendre d’aquests animals extremòfils, resilients i quasi indestructibles? Quin munt d’aplicacions a la biomedicina i la biotecnologia en poden sortir? Fins i tot, es poden guanyar premis Nobel. Ara podeu comprendre la fascinació que sentim molts científics pels organismes extremòfils.  

Gemma Marfany
OPINIÓ Jo sóc el teu pare... Gemma Marfany
Gemma Marfany
Opinió El nostre DNA és el nostre DNI Gemma Marfany