Las bacterias se ven a simple vista: ¿verdadero o falso?

Te lo cuento en este capítulo de la serie «Los microbios en el museo» de #microBIOscope:

Siempre nos ha sorprendido el encontrar en la naturaleza animales de tamaños excepcionales. En el océano viven las especies más grandes del planeta. Lo primero que seguro nos viene a la cabeza son esas imágenes de calamares gigantes. Algunos pueden llegar a tener una longitud de 13 m desde la punta de la aleta hasta las puntas de los dos tentáculos más largos. Estos calamares, del género Architeutis, son los invertebrados más grandes que existen. Sabemos muy poco de ellos porque viven las profundidades de los océanos, a miles de metros de profundidad. De hecho, han sido los restos encontrados en los estómagos de los cachalotes los que han permitido conocer las características anatómicas de estos cefalópodos.

Las primeras fotografías tomadas de estos calamares con vida y en su medio naturales son de 2004, y la primera película es de finales de 2006.

Este tipo de calamares es un magnífico ejemplo de lo que se conoce como gigantismo abisal. Existen muchos invertebrados en las profundidades marinas que son de gran tamaño, mucho mayor que el de las especies similares que viven en aguas someras o en la superficie terrestre. Por ejemplo, algunos pulpos, el centollo japonés, el arenque rey, o algunas especies de caracoles y bivalvos.

¿Por qué las especies más grandes viven en los océanos? 

En primer lugar, en el medio acuático nuestro peso es despreciable. La gravedad obliga a los animales que viven en la superficie de la tierra a soportar con sus patas su propio peso. Así, cuanto más grande sea un animal, más fuerte y pesado tendrá que ser su esqueleto. Por ello, en la práctica existen límites físicos al tamaño que un organismo puede alcanzar en tierra. En el mar, nuestro peso se contrarresta por el peso equivalente a nuestro volumen en agua, así que podemos decir que no es un problema porque  flotamos. El tamaño de los animales marinos ya no es un limitante para el movimiento (aunque sí lo es su forma).

En segundo lugar, el océano ofrece un recurso alimenticio tremendamente abundante que no puede encontrarse en el medio terrestre. Suspendidas en el agua de los océanos podemos encontrar enormes cantidades de nutrientes (y organismos) que pueden alimentar a numerosas especies, que viven “simplemente” de lo que se encuentran flotando. Existen miles de especialistas en filtrar el agua del océano: desde gigantes como las ballenas, hasta otros más pequeños, como las esponjas, los corales o los mejillones. Una ballena azul es capaz de meterse varios miles de litros de agua de un solo “bocado”, y junto a ellos varios kilos de alimento. También se ha sugerido que el gigantismo de algunos animales marinos sea una adaptación a la pérdida de calor.

¿Y qué pasa con las bacterias? ¿Cuál es la bacteria más grande que se conoce? 

El tamaño medio de una bacteria, como Escherichia coli por ejemplo, es de unas pocas micras (un micra es un millón de veces más pequeño que un metro, un milímetro equivale a 1.000 micras). Como el poder de resolución del ojo humano es de unos 0,2 mm (200 micras), dos puntos que estén más cerca de esa distancia no vamos a poder verlos como separados. Por eso, necesitamos microscopios para poder ver las bacterias.

Bacillus spp. al microscopio óptico (1.000 aumentos). El tamaño medio de estas bacterias es de unas pocas micras. Tinción negativa con tinta china.

Pero en biología no hay dogmas, excepto el dogma de que siempre hay excepciones al dogma, y la biodiversidad microbiana es algo que no deja de sorprendernos. En 1993 se describió la que entonces fue la bacteria más grande jamás encontrada: Epulopiscium fishelsoni, con un tamaño de 80 x 600 micras, un gigante para el mundo microbiano, mil veces más grande que un E. coli. Se trata de un simbionte que aparece en el intestino de un pez (Acanthurus nigrofuscus) del mar Rojo y de la Gran Barrera de Coral de Australia. Por el tamaño, primero se pensó que era un protista, pero los análisis del 16S rRNA demostraron que se trataba de una bacteria Gram positiva, relacionada con los Clostridium formadoras de endosporas.

Compara el tamaño de Epulopiscium, un protista como Paramecium y la bacteria E. coli: ¡qué pasada!

Sin embargo, el honor de ser “la más grande” solo le duró a Epulopiscium tres años. En 1999 se descubrió una bacteria marina filamentosa capaz de oxidar el azufre, del grupo de las gamma-proteobacterias, con un tamaño de unas 750 micras: Thiomargarita namibiensis. Es una bacteria quimiolitotrófa capaz de oxidar el azufre y el nitrato, por eso los autores le pusieron ese nombre que significa “perlas de azufre de Namibia”. Forma cadenas de células y acumula en su interior altas concentraciones de nitrato en una inmensa vacuola, la cual es responsable del 98% de su tamaño. De momento, es la bacteria más grande que se conoce. Es tan grande que podemos verla a simple vista, sin necesidad de microscopios. 

Thiomargarita namibiensis, la perla del azufre de Namibia, la bacteria más grande que existe, … de momento (750 micras).

Ser pequeño tiene sus ventaja. Cuanto más pequeña es una célula la relación superficie/volumen es mayor por lo que la difusión y el intercambio con el medio exterior es más eficiente, lo que permite un metabolismo más rápido y una mayor velocidad de crecimiento. Si el tamaño crece, acabarás necesitando más estructuras, más orgánulos, compartimentalizando las funciones. No sabemos bien cómo estas bacterias han sido capaces de  aumentar tanto su tamaño manteniendo la estructura procariota. Y de nuevo, las encontramos en los océanos.

Otra curiosidad: ¿y la bacteria más pequeña? En 2013 el grupo del microbiólogo Rodríguez-Valera, descubrieron un grupo de actinobacterias en el Mediterráneo con dos nuevas características que sorprendieron a la comunidad científica. Por un lado, la peculiaridad de su genoma con una cantidad muy baja (33%) de dos de sus componente esenciales, la guanina y la citosina. Y la otra propiedad es que son las bacterias de tamaño más pequeño hasta ahora descritas. Aunque estas bacterias no se pueden cultivar en el laboratorio, han demostrado que estas nuevas actinobacterias (que las denominan Candidatus Pelagibacter ubique) son de forma esférica y de un tamaño muy pequeñito, con un volumen estimado de 0,013 micras cúbicas. Son tan pequeñitas que, como los virus, no las podemos ver ni siquiera al microscopio óptico.

Para saber más:

– The largest bacterium. Angert, E. R. y col. 1993. Nature. 1993. 362 (6417): 239-241.

– Dense populations of a giant sulfur bacterium in Namibian shelf sediments. Schulz, H. N. y col. Science. 1999. 284 (5413): 493-495.

– Big bacteria. H. N. y col. Annual Review of Microbiology. 2001. 55: 105-137.DOI: 10.1146/annurev.micro.55.1.105 

– Metagenomics uncovers a new group of low GC and ultra-small marine Actinobacteria. Ghai R, y col. Scientific Reports. 2013. 3: 2471.

Con la colaboración de:

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (antes Ministerio de Economía, Industria y Competitividad)

Las bacterias del grupo actinobacter son muy frecuente en
los suelos y en los ambientes marinos. Microbiólogos colegas, dirigidos por el
Prof. Rodríguez-Valera, han descubierto un grupo de actinobacterias en el
Mediterráneo con dos nuevas características que han sorprendido a la comunidad
científica. Por un lado, la peculiaridad de su genoma (su DNA) que contiene una
cantidad muy baja (33%) de dos de sus componente esenciales, la guanina y la
citosina, una de las más bajas entre las bacterias. Y la otra propiedad es que
son las bacterias de tamaño más pequeño hasta ahora descritas.

Los autores han tomado muestras de una zona del
Mediterráneo, de una profundidad donde se concentra la mayoría de la actividad
fotosintética de los microorganismos del plancton. Mediante técnicas de metagenómica
(secuenciación masiva y análisis de todo el DNA presente en la muestra) han
detectado trocitos de DNA con una cantidad de guanina y citosina muy baja y similares
a bacterias del grupo actinobacter. Pero al comparar esas secuencias de DNA han
descubierto que se trata de un nuevo tipo de actinobacterias. Estas bacterias
no se pueden cultivar en el laboratorio, por lo que los autores diseñaron unas sondas
específica para detectar o “pescar” este nuevo tipo de actinobacter en las muestras.
Así, han demostrado que los nuevos actinobacter son de forma esférica y de un
tamaño muy pequeñito, con un volumen estimado de 0,013 micras cúbicas (1.000
micras son 1 milímetro). También han demostrado que su genoma es muy pequeño,
menos de 1.000 Kb. Se trata por tanto de la bacteria más pequeña hasta ahora
descrita, más pequeña incluso que Candidatus
Pelagibacter ubique, una de las bacterias más abundantes del planeta, también
marina y que hasta ahora tenía el record de ser la más pequeñita.

A este nuevo grupo le han denominado Candidatus Actinomarinidae. Aunque sean pequeñas son muy
abundantes, estiman que estas bacterias representan hasta el 4% del total de
células del plancton marino, y además su distribución geográfica también es muy
extensa: la han descrito por primera vez en muestras del mar Mediterráneo pero las
detectan en muchos otros lugares, del Pacífico al Atlántico, en zonas
tropicales y templadas, pero no en zonas polares. Por su abundancia y extensión
por gran parte de los ecosistemas marinos, este grupo de pequeñas bacterias
deben de tener un papel muy importante en el ciclo global del carbono y en el
mantenimiento de equilibrio ecológico en el planeta. Uno de los retos pendientes
sería poder cultivar en el laboratorio estas bacterias y estudiar cómo es
posible el mantenimiento de un ser vivo de vida libre con un genoma tan
pequeño.

NOTA: Carsonella
ruddii es la bacteria con el genoma más pequeño que se conoce, tan solo 160
Kb.. Esta bacteria carece de algunos genes esenciales para la vida, por eso
solo es capaz de vivir como endosimbionte en el interior de los psílidos, unos
pequeños insectos que se alimentan de plantas.

Ghai R, et al. (2013). Metagenomics uncovers a new group of low GC and ultra-small marine Actinobacteria Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep02471

Nakabachi, A., et al. (2006). The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella. Science, 314 (5797) DOI: 10.1126/science.1134196