¿Te has planteado alguna vez la existencia de bacterias del suelo? A pesar de que los microorganismos (ya sean bacterias, hongos, levaduras, arqueas, algunas algas o virus) se encuentren en lugares inimaginables (desde la piel, hasta en el interior de un volcán), la tierra es uno de los ambientes en los que mayor cantidad y diversidad de seres microscópicos podemos encontrar.

Los suelos son uno de los nichos ecológicos más estudiados en microbiología. Se estima que en un gramo de tierra hay más de 10.000 millones de bacterias del suelo (López-Goñi, 2018). Un número abrumador. La bioprospección es la búsqueda e identificación de microorganismos útiles para la biotecnología, y ha resultado ser fundamental para el descubrimiento de cientos de moléculas con aplicación en diferentes sectores industriales. Entre todos ellos, el más destacable es el grupo de las Actinobacterias de especial interés por su capacidad para fabricar antibióticos, descontaminar los suelos o producir biocombustibles.

Los suelos: minas biotecnológicas

Las bacterias del suelo pertenecientes al grupo Actinobacteria son los habitantes mayoritarios de los suelos (Battistuzzi et al., 2004), y juegan un papel fundamental en los ecosistemas terrestres.

Por un lado, son importantes para el mantenimiento de los suelos y los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, la degradación de los polímeros que componen las paredes de las células vegetales, es un factor clave en el ciclo del carbono (Berlemont and Martiny, 2013), así como en el reciclaje de la materia orgánica (Lewin et al, 2016).  Además, algunos estudios publicados, han revelado un importante papel de estas bacterias del suelo, en la recuperación de suelos calcinados por incendios (Fernández-González et al., 2017).

Por otra parte, las Actinobacterias viven de manera natural en comunidades microbianas muy complejas y diversas, permitiendo el equilibrio de estos consorcios y produciendo compuestos que modulan e impiden el crecimiento de otros competidores (Tao et al., 2016; Zhao et al., 2018). Además, interactúan con especies macroscópicas mediante relaciones simbióticas o mutualistas. En estas interacciones, una o ambas especies se ven de algún modo beneficiadas por la presencia del otro. Por ejemplo, son muchas las especies de Actinobacterias que han sido descritas como promotoras del crecimiento vegetal. Asociadas a las raíces de las plantas, facilitan la asimilación de nutrientes así como la prevención de infecciones por parásitos nematodos (Topalovic et al., 2020).

Biocombustibles

El papel natural de las Actinobacterias reciclando la materia orgánica de los suelos tiene importantes aplicaciones en la industria bioenergética. Las paredes de las células de las plantas están fundamentalmente compuestas por celulosa y otros polímeros, más o menos difíciles de degradar. Estas bacterias del suelo son capaces de fabricar enzimas (proteínas complejas encargadas de catalizar reacciones químicas) que degradan la glucosa y permiten transformar los residuos vegetales de la industria agrícola en azúcares simples. Estos azúcares son de gran valor para la producción de biocombustibles (Lewin et al., 2016), mucho más sostenibles que los mayoritariamente utilizados combustibles fósiles (derivados del petróleo, gas natural…).

Biomedicina

Uno de los motivos por los que las bacterias del suelo, Actinobacterias, son ampliamente conocidas es por su capacidad de fabricar una gran diversidad de moléculas bioactivas. Entre ellas destacan los antibióticos (Zhao et al., 2018), compuestos que revolucionaron la medicina y permitieron controlar, en gran medida, las enfermedades infecciosas. Los antibióticos son moléculas naturales o sintéticas que impiden el crecimiento bacteriano. Su acción puede ser específica sobre un tipo de bacteria, o más general (de amplio espectro). En la naturaleza, estas sustancias confieren al organismo que los produce, una ventaja evolutiva frente a competidores a los que impide crecer. El estudio de las Actinobacterias ha permitido identificar y desarrollar muchos de los antibióticos utilizados actualmente.

No obstante, además de los antibióticos, las Actinobacterias son también fuente de otros compuestos de alto valor. Los carotenoides, por ejemplo, son pigmentos conocidos por su efecto antioxidante (Fong et al., 2001) y resultan muy interesantes para la industria farmacológica (Sandman et al., 2014). El papel de los antioxidantes ha cobrado mucho protagonismo en los últimos años al descubrirse la relación entre enfermedades como el Alzheimer o algunos tipos de cáncer, entre otras, con el estrés oxidativo (Chen and Zhong., 2014; Sandman et al., 2014).

Biorremediación

La biorremediación hace referencia al uso de organismos para reparar un daño ecológico, como puede ser un vertido de petróleo o la acumulación de residuos plásticos. Las Actinobacterias pueden encontrarse también en suelos contaminados por metales pesados, así como compuestos recalcitrantes o pesticidas, teniendo capacidad para degradar estos contaminantes ambientales (Masuda et al., 2012; Abhilash et al., 2011).

La importancia de los suelos

El cambio climático está provocando cambios en el suelo muy drásticos. La desertificación, el aumento de la salinidad, la acidificación del suelo o la contaminación comprometen no solo la diversidad biológica visible a nuestros ojos (plantas, animales, etc), sino también la del mundo microscópico que habita en ella. Los microorganismos siguen siendo un grupo mayoritariamente desconocido en nuestro planeta y con un potencial biotecnológico inimaginable. Preservar nuestros suelos es también preservar a los microorganismos que podrían ser la solución a muchos problemas presentes y futuros.

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Referencias

Abhilash, P. C., Srivastava, S., and Singh, S. (2011). Comparative bioremediation potential of four rhizospheric microbial species against lindane. Chemosphere 82, 56–63. doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.10.009

Battistuzzi, F. U., Feijao, A., and Hedges, S. B. (2004). A genomic timescale of prokaryote evolution: insights into the origin of methanogenesis, phototrophy, and the colonization of land. BMC Evol. Biol. 4:44. doi: 10.1186/1471-2148-4-44

Berlemont, R., and Martiny, A. C. (2013). Phylogenetic distribution of potential cellulases in bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 79, 1545–1554. doi: 10.1128/aem.03305-1

Chen, Z., and Zhong, C. (2014). Oxidative stress in Alzheimer’s disease. Neurosci. Bull. 30, 271–281.

Fernández-González, A. J., Martínez-Hidalgo, P., Cobo-Díaz, J. F., Villadas, P. J., Martínez-Molina, E., Toro, N., et al. (2017). The rhizosphere microbiome of burned holm-oak: potential role of the genus Arthrobacter in the recovery of burned soils. Sci. Rep. 7:6008.

Fong, N. J., Burgess, M. L., Barrow, K. D., and Glenn, D. R. (2001). Carotenoid accumulation in the psychrotrophic bacterium Arthrobacter agilis in response to thermal and salt stress. Appl. Microbiol. Biotechnol. 56, 750–756. doi: 10. 1007/s002530100739

Lewin, G. R., Carlos, C., Chevrette, M. G., Horn, H. A., McDonald, B. R., Stankey, R. J., et al. (2016). Evolution and ecology of Actinobacteria and their bioenergy applications. Annu. Rev. Microbiol. 70, 235–254.

López-Goñi, I. (2018). Microbiota. Los microbios de tu organismo. Ed: Guadalmazán.

Masuda, H., McClay, K., Steffan, R. J., and Zylstra, G. (2012). Biodegradation of tetrahydrofuran and 1,4-dopxane by soluble diiron monooxygenase in Pseudonocardia sp. strain ENV478. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 22, 312–316. doi: 10.1159/00034

Sandmann G. (2014). Carotenoids of Biotechnological Importance. In: Schrader J., Bohlmann J. (eds) Biotechnology of Isoprenoids. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, vol 148. Springer, Cham. 

Tao, W., Yurkovich, M. E., Wen, S., Lebe, K. E., Samborskyy, M., Liu, Y., et al. (2016). A genomics-led approach to deciphering the mechanism of thiotetronate antibiotic biosynthesis. Chem. Sci. 7, 376–385. doi: 10.1039/ c5sc03059e

Topalovic, O., Hussain, M., and Heuer, H. (2020). Plants associated soil microbiota cooperatively suppress plant-parasitic nematodes. Front.Microbiol. 11:313. doi: 10.3389/fmicb.2020.00313

Zhao, P., Xue, Y., Gao, W., Li, J., Zu, X., Fu, D., et al. (2018). Actinobacteria-derived peptide antibiotics since 2000. Peptides 103, 48–59. doi: 10.1016/j.peptides. 2018.03.011