Esta es la historia de cómo un supuesto orgánulo bacteriano pasó de ocupar todos los libros de microbiología a convertirse en uno de los ejemplos más ilustrativos de artefacto experimental.
Durante décadas, el mesosoma ocupó un lugar destacado en los manuales de microbiología. Se describía como una compleja invaginación de la membrana citoplasmática de las bacterias, especialmente de las Gram positivas, y se le atribuían funciones esenciales: desde la respiración celular y la replicación del ADN hasta la división celular, la síntesis de la pared bacteriana o la formación de esporas. Para generaciones de estudiantes, el mesosoma era tan real como el nucleoide, el ribosoma o el flagelo.
Todavía hoy puedes encontrar algunos libros de textos, páginas web y decenas de imágenes en internet que describen el mesosoma bacteriano como una estructura característica y exclusiva de los procariotas.
El nacimiento de un nuevo orgánulo
La historia comienza poco después del desarrollo de la microscopía electrónica de transmisión. En 1953, George B. Chapman y James Hillier publicaron uno de los primeros estudios con cortes ultrafinos de bacterias. En aquellas imágenes observaron complejas invaginaciones de la membrana plasmática que denominaron cuerpos periféricos (1).
Chapman, G. B., & Hillier, J. (1953). Electron microscopy of ultrathin sections of bacteria. Journal of Bacteriology, 66, 362–373.
Pocos años después, se introdujo el término mesosoma para describir esas estructuras membranosas observadas en numerosas bacterias al microscopio electrónico. La comunidad científica acogió rápidamente la idea. Las bacterias carecen de orgánulos membranosos comparables a los de las células eucariotas, por lo que el descubrimiento parecía llenar un vacío conceptual importante.
La edad de oro del mesosoma (1960-1975): un orgánulo para casi todo
Durante las dos décadas siguientes se publicaron centenares de trabajos sobre el mesosoma. Su presencia parecía incuestionable y las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica mostraban estructuras extraordinariamente llamativas: láminas, túbulos y vesículas que se proyectaban hacia el interior del citoplasma de la bacteria. A medida que aumentaban las observaciones, también crecían las funciones atribuidas al mesosoma (2). Una de las primeras hipótesis proponía que servía como punto de anclaje del cromosoma bacteriano durante la replicación: parecía razonable pensar que el ADN necesitara un punto fijo de unión a la membrana.
También se propuso que el mesosoma aumentaba la superficie disponible para la respiración celular. Dado que las bacterias realizan la cadena de transporte electrónico en la membrana plasmática, algunos investigadores establecieron un paralelismo con las crestas mitocondriales de las células eucariotas. Otros estudios situaban el mesosoma junto al septo de división celular, lo que llevó a sugerir su participación en la síntesis del peptidoglicano y en la formación del tabique que separa las células hijas. Incluso se le asignaron funciones relacionadas con la secreción de proteínas, la esporulación en especies del género Bacillus y la compartimentalización interna de la célula.
En 1975 se publicó una extensa revisión que resume perfectamente el entusiasmo de aquella época. Sus más de cincuenta páginas recopilan prácticamente todas las funciones imaginadas para el mesosoma y reflejan el elevado grado de aceptación que había alcanzado este supuesto orgánulo. Greenawalt, J. W., & Whiteside, T. L. (1975). Mesosomes: membranous bacterial organelles. Bacteriological Reviews, 39(4), 405–463.
Las primeras grietas del modelo
Paradójicamente, fueron los propios microscopistas quienes comenzaron a cuestionar la existencia del mesosoma. Ya a mediados de los años setenta algunos investigadores observaron un hecho desconcertante: los mesosomas no siempre aparecían. Su número, tamaño y complejidad variaban enormemente según el protocolo de preparación empleado antes de la observación al microscopio electrónico.
La fijación química era un proceso muy agresivo. Las bacterias se trataban habitualmente con glutaraldehído y tetróxido de osmio, se deshidrataban mediante alcoholes y finalmente se incluían en resinas antes de obtener cortes ultrafinos. Algunos autores compararon diferentes métodos de fijación y comprobaron que la aparición de mesosomas dependía claramente del tratamiento utilizado (3). Algunas combinaciones de fijadores generaban grandes invaginaciones membranosas, mientras que otras apenas producían estas estructuras. Aquello sugería que el mesosoma podía no formar parte de la célula viva, sino aparecer durante la preparación de la muestra. ¿Estaban observando realmente la biología de la bacteria o las consecuencias del procedimiento experimental? Por primera vez se generaron serias dudas sobre la existencia de mesosomas y se proponía que una membrana citoplasmática continua sin pliegues sería el patrón real de organización de la membrana en las bacterias (3).
La revolución de la criomicroscopía
La respuesta llegó pocos años después gracias a un cambio tecnológico. En lugar de fijar químicamente las bacterias para verlas al microscopio, comenzaron a desarrollarse técnicas de congelación ultrarrápida capaces de inmovilizar las moléculas prácticamente de forma instantánea, preservando la arquitectura celular muy próxima a su estado natural. Los resultados fueron sorprendentes.
En 1981, Ebersold y colaboradores (4) estudiaron Bacillus cereus utilizando tanto fijación química convencional como criopreservación. Las diferencias eran inequívocas. Las muestras preparadas mediante los métodos clásicos presentaban abundantes mesosomas. Sin embargo, esas mismas bacterias observadas tras congelación rápida carecían completamente de dichas estructuras. Los mesosomas eran artefactos dependientes del método de preparación.
Actualmente se acepta que los fijadores químicos alteraban profundamente las propiedades físicas de la membrana citoplasmática. El tetróxido de osmio reacciona con los lípidos de membrana, mientras que el glutaraldehído fija las proteínas mediante enlaces cruzados. Durante la posterior deshidratación y la inclusión en resinas se generarían tensiones mecánicas que provocaban plegamientos, invaginaciones y vesículas artificiales de la membrana. Las bacterias Gram positivas, especialmente especies del género Bacillus, parecían ser particularmente sensibles a estos efectos debido a la organización de su envoltura celular. El microscopio, por tanto, no estaba mostrando un nuevo orgánulo, sino las deformaciones inducidas por la propia preparación experimental.
¿Significa esto que nunca existen invaginaciones de membrana?
No exactamente. Las bacterias sí pueden generar invaginaciones membranosas reales en determinadas circunstancias fisiológicas o patológicas. Algunas aparecen durante procesos de estrés, exposición a antibióticos que alteran la membrana, acción de péptidos antimicrobianos o sobreproducción de determinadas proteínas de membrana. Sin embargo, estas estructuras son puntuales, dinámicas y dependientes del contexto celular. No corresponden al concepto clásico de mesosoma ni constituyen un orgánulo universal de las bacterias.
Lo que si es cierto es que plegar o proliferar membrana permite aumentar enormemente la superficie disponible para procesos bioenergéticos sin tener que aumentar proporcionalmente el tamaño de la célula. Es precisamente este razonamiento el que se utilizó para atribuir al mesosoma una función respiratoria, por ejemplo. La idea no era absurda; lo que resultó incorrecto fue identificar el mesosoma observado tras fijación química como la estructura responsable. El ejemplo más claro sería las invaginaciones de la membrana que pueden adoptar morfologías vesiculares, tubulares o lamelares, que contienen los sistemas de captación de luz, centros de reacción y componentes de transporte electrónico necesarios para la fotosíntesis bacteriana: los cromatóforos en las bacterias púrpuras. Con funciones similares, los clorosomas en las bacterias verdes y los tilacoides en cianobacterias son otras estructuras membranosas internas más o menos complejas (5).
Pero hay otros ejemplos. Las bacterias que oxidan metano (metanótrofas) presentan sistemas muy desarrollados de membranas intracitoplasmáticas, que proporcionan una gran superficie para albergar enzimas relacionadas con la oxidación del metano (6). Algunas bacterias quimiolitótrofas, entre ellas determinadas bacterias oxidantes de amonio como Nitrosomonas, poseen extensos sistemas de membranas intracitoplasmáticas derivados de la membrana citoplasmática (7).
Orgánulos procariotas. (A) Cromatóforos de Rhodopseudomonas palustris (6). (B) Lamelas de Methylococcus capsulatus (7). (C) Tilacoides de cianobacterias (6). (D) Clorosomas de Chlorobium tepidum (6). (E) Membranas intracitoplasáticas en Nitrosomonas (8).
Las bacterias pueden poseer sistemas membranosos intracelulares extraordinariamente complejos y, en determinados grupos, auténticas invaginaciones de la membrana citoplasmática. Lo que no existe como estructura celular fisiológica es el «mesosoma clásico» descrito en bacterias Gram positivas mediante fijación química convencional.
Una lección sobre cómo funciona la ciencia
Más allá del interés histórico, el caso del mesosoma ofrece una enseñanza metodológica de enorme valor. Durante casi veinte años, centenares de artículos científicos intentaron explicar las funciones de una estructura cuya propia existencia nunca había sido demostrada de forma independiente del método empleado para observarla. El problema no residía en la calidad de aquellos investigadores, sino en las limitaciones tecnológicas de la época. Todos observaban el mismo fenómeno porque todos utilizaban procedimientos similares de preparación.
La introducción de nuevas técnicas, la congelación ultrarrápida primero y la criomicroscopía electrónica después, permitió distinguir entre la estructura real de la célula y los artefactos generados durante el procesamiento de las muestras. La historia del mesosoma recuerda que en biología no solo importa el instrumento con el que observamos, sino también cómo preparamos aquello que queremos observar. Un método experimental puede revelar aspectos desconocidos de la naturaleza, pero también puede crear ilusiones convincentes. En este sentido, el mesosoma ha dejado de ser un supuesto orgánulo bacteriano para convertirse en algo quizá más valioso: un ejemplo clásico de cómo progresa el conocimiento científico. La ciencia no avanza porque nunca se equivoque, sino precisamente porque dispone de mecanismos para detectar sus errores cuando aparecen mejores evidencias. De hecho, el estudio de compartimentos subcelulares y orgánulos bacterianos sigue siendo un campo de activa investigación (8).
Para saber más:
(1) Chapman, G. B., & Hillier, J. (1953). Electron microscopy of ultrathin sections of bacteria. Journal of Bacteriology, 66, 362–373.
(2) Greenawalt, J. W., & Whiteside, T. L. (1975). Mesosomes: membranous bacterial organelles. Bacteriological Reviews, 39(4), 405–463.
(3) Silva, M. T., Sousa, J. C., Polónia, J. J., Macedo, P. M., & Parente, A. M. (1976). Bacterial mesosomes: real structures or artifacts? Biochimica et Biophysica Acta, 443, 92–105.
(4) Ebersold, H. R., Lüthy, P., & Cordier, J. L. (1981). Bacterial mesosomes: method dependent artifacts. Archives of Microbiology, 130, 19–22.
(5) Murat, D., Byrne, M., Komeili, A. (2010). Cell biology of prokaryotic organelles. Review Cold Spring Harb Perspect Biol. 2(10): a000422.
(6) Zhu, Y, et al. (2022). Structure and activity of particulate methane monooxygenase arrays in methanotrophs. Nature Communications. 13: 5221.
(7) Kikuchi, S., et al. (2023). Characterisation of bacteria representing a novel Nitrosomonas clade: Physiology, genomics and distribution of missing ammonia oxidizer. Environmental Microbiology Reports, 15(5), 404–416.
(8) Corcoran, C. J., Skaar, E. P. (2026). mGem: Subcellular compartments in bacterial pathogens and their role during infection. mBio. 17(8): 17:e03328-25.
