Por fin he cumplido uno de aquellos sueños que tenía desde pequeña, desde que vi un reportaje sobre una tierra de hielo y fuego. Cuando viajas a Islandia te encuentras con una isla donde la naturaleza es extrema; pasas de los géiseres, volcanes y columnas basálticas a las lenguas de glaciar con icebergs, valles redondeados y cascadas imponentes. En un lugar con tanta agua y tanta actividad geotérmica, se tiene que ir con cuidado con la elevada temperatura de las balsas naturales de agua termal, que puede bordear los 100 grados centígrados; una temperatura extrema que nos puede parecer incompatible con la vida, pero nada más lejos de la realidad, ya que hay organismos altamente especializados que ocupan estos nichos ecológicos tan difíciles para el resto. Los hay que pueden soportar la alta temperatura, los hay que el exceso de sal, los hay que el pH muy ácido o muy básico... son los llamados organismos extremófilos (amantes de las condiciones ambientales extremas).

Los extremófilos viven en condiciones ambientales extremas y tienen estrategias biológicas ajenas al resto de organismos

Los organismos extremófilos son, principalmente, bacterias (o como los llamamos científicamente, organismos procariotas), pero también hay organismos pluricelulares más complejos (organismos eucariotas). Para poder sobrevivir en estos ambientes tan poco amigables, los organismos extremófilos presentan numerosas adaptaciones y estrategias biológicas diferentes y ajenas al resto de especies, y eso los hace particularmente fascinantes desde el punto de vista científico. De su estudio se generan nuevas aplicaciones biotecnológicas y herramientas moleculares revolucionarias sin las cuales no podemos comprender actualmente el progreso exponencial de las últimas décadas en técnicas como la secuenciación del genoma, la generación de organismos transgénicos, el desarrollo de la terapia génica y la terapia celular, o más recientemente, la edición génica, que cambiará el mundo biológico tal como lo entendemos. Técnicas que reciben nombres muy largos y complicados, pero que, al ser tan conocidas en el mundo científico (aunque quizás son más desconocidas en el mundo habitual), pueden estar mencionadas directamente por sus siglas, como la PCR o la técnica de CRISPR/Cas9.

El estudio de los extremófilos ha permitido "inventar" herramientas moleculares que han revolucionado la biomedicina y la biotecnología

Hoy no hablaremos de todos los tipos de organismos extremófilos; sino de los que son resistentes a las temperaturas elevadas, los organismos termófilos. Mirando unas balsas termales magníficas en el parque de Geysir (el cual ha dado nombre a los géiseres, el fenómeno natural de eyección de agua caliente a gran altura en las zonas volcánicas), iba pensando qué organismos podían vivir. Inmediatamente, me vinieron a la cabeza las balsas geotérmicas que hay en otra zona del mundo, en Yellowstone, donde viven un gran número de organismos termófilos, entre los cuales destacan ciertos microorganismos (Thermofilus aquaticus) que han cambiado la historia de la genética molecular. Un fin de semana del verano de 1983, Karis Mullis, un químico que trabajaba en la empresa Cetus en California sintetizando pequeñas secuencias de ADN denominadas oligonucleótidos, mientras iba conduciendo por una carretera de montaña llena de curvas cerca de Berkeley y sintiendo el olor de los castaños en flor, tuvo un momento de lucidez único, una chispa de inspiración increíble. Una idea tan genial que le valió ganar el Premio Nobel, el año 1993, justamente para inventar lo que él denominó PCR (Polymerase chain reaction). Tal como él lo explica en una conferencia épica la noche que le concedieron el Nobel, como quien dice, sin despeinarse, aquella noche se le ocurrió una manera extremadamente sencilla para amplificar ADN (haciendo millones de "fotocopias" de una secuencia de ADN específica). Así, para hacer una PCR sólo hacía falta añadir a un tubo de ensayo el ADN que contiene un gen o una secuencia de la cual se quiere hacer "muchas copias", añadiendo dos cebadores, (dos pequeñas secuencias específicas de ADN que se unen de manera específica allí donde queremos empezar y acabar la "fotocopia"), nucleótidos precursores y una enzima capaz de copiar el ADN, que llamamos DNA polimerasa. Mediante la realización de ciclos con tres pasos, Mullis consiguió amplificar ADN, multiplicando la secuencia deseada de forma exponencial, ya que en cada ciclo se duplicaba la cantidad de ADN del ciclo anterior, de forma que con 30 ciclos podía obtener 230 copias del fragmento de ADN inicial a copiar, es decir, millones de millones de "fotocopias". Como estos ciclos incluyen calentar la reacción hasta casi hervir, la mayoría de DNA polimerasas (que son proteínas) se dañan y dejan de funcionar, es decir, se desnaturalizan por el calor, como lo que sucede, por ejemplo, con la clara de huevo cuando la calentamos y la cocinamos, que cambia de forma irreversible sus características. Pues bien, resulta que las bacterias termófilas, que pueden vivir en aguas de temperatura superior a los 70 grados centígrados, tienen unas proteínas que son extremadamente termoresistentes y que no sólo pueden trabajar perfectamente a estas temperaturas elevadas, sino que, incluso, pueden soportar temperaturas superiores a los 90 grados sin desnaturalizarse. Así, en la PCR que utilizamos en todos los laboratorios del mundo y que nos permite amplificar cantidades ínfimas de ADN de muestras tan diversas como las de un paciente que necesita un diagnóstico genético, una muestra forense o un virus, la DNA polimerasa que utilizamos es la Taq polimerasa, que es la DNA polimerasa de la bacteria Thermofilus aquaticus, una especie que vive en las balsas de Yellowstone. La PCR tiene hoy día muchas variantes diferentes que tienen una infinidad de usos en todos los ámbitos de la biología y la medicina, pero podríamos decir que su invención ahora hace poco más de 30 años se debió exactamente a la serendipia (al azar y un poco de suerte, que también hace falta en ciencia).

Gracias a los organismos termófilos, podemos amplificar cantidades ínfimas de ADN con la técnica de la PCR, haciendo millones de "fotocopias"

Como ya hemos dicho, también hay algunos organismos extremófilos que son pluricelulares. Los últimos años hemos visto un incremento del interés científico por unos pequeños animales de medio milímetro de longitud, los tardígrados (también denominados huesos de agua, porque a pesar de ser invertebrados próximos evolutivamente a las arañas, insectos y crustáceos, realmente recuerdan a unos huesos estrambóticos nadando dentro del agua, mirad el vídeo). ¿Por qué se estudian los tardígrados? Pues porque son unos organismos que aguantan condiciones muy extremas, desde el frío más impensable, casi en el cero absoluto (-272 grados centígrados), hasta el calor más allá de la temperatura de ebullición; desde una presión insoportable para el resto de organismos, al vacío (ausencia total de presión). Parece que esta resiliencia de los tardígrados se debe a que pueden retardar su metabolismo y, mediante la producción de una proteína particular, "vitrifican" el interior de sus células, literalmente como si las "congelaran" de forma que el animal no muere en estas condiciones, sino que sus células quedan en estado vegetativo y latente, para reavivar cuando las condiciones son las adecuadas. Incluso, parece que podrían aguantar el impacto de un enorme asteroide, o bien viajar en el espacio soportando radiaciones solares y rayos gamma y permitiendo la supervivencia de especies terrestres en el espacio (como se explica en un artículo en Scientific Reports justo hace un mes), talmente parecen material de ciencia-ficción. ¿Os imagináis qué podemos llegar a aprender de estos animales extremófilos, resilientes y casi indestructibles? ¿Qué montón de aplicaciones en la biomedicina y la biotecnología pueden salir? Incluso, se pueden ganar premios Nobel. Ahora podéis comprender la fascinación que sentimos muchos científicos por los organismos extremófilos.

Gemma Marfany
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