En un descubrimiento que redefine los límites conocidos de la vida microbiana, un equipo liderado por el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM-CSIC-UAM), ha demostrado por primera vez que algunas comunidades bacterianas pueden no solo sobrevivir, sino adaptarse y proliferar en agua pesada extremadamente pura, un entorno considerado hostil para la mayoría de formas de vida conocidas.
En el estudio, publicado en la revista Microbial Genomics, han participado investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP-CSIC), el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) y la Eberhard-Karls Universität Tübingen (Alemania).
El trabajo describe el hallazgo de millones de bacterias por mililitro en agua pesada almacenada en garrafas de plástico cerradas herméticamente durante más de 30 años en el Departamento de Física de Materiales de la Facultad de Ciencias de la UAM. Estas bacterias han evolucionado en un entorno sin nutrientes que contiene enlaces químicos más estables que resultan tóxicos para la mayoría de organismos.
El agua normal está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O). En el agua pesada, el deuterio sustituye al hidrógeno (D2O), forma enlaces más estables y altera las reacciones químicas dentro de las células: ralentiza reacciones esenciales del metabolismo, interfiere con la producción de energía e incluso desestabiliza el ADN y las proteínas. Cuando una gran parte del agua corporal de un organismo se sustituye por agua pesada, muchas funciones celulares fallan. Por eso, encontrar bacterias no solo vivas, sino activas, en este medio es un descubrimiento sin precedentes.
«El deuterio es un isótopo del hidrógeno extremadamente raro en el universo. En la Tierra, solo 1 de cada 5.700 átomos de hidrógeno lo son. No conocemos ambientes naturales con una concentración tan alta como la de las muestras de nuestro estudio, lo que las convierte en una oportunidad única para estudiar otro tipo de adaptaciones. Comprobar la complejidad metabólica de estas comunidades bacterianas fue asombroso», explica Juan Rivas, autor del estudio e investigador del CNB.
Un ambiente tóxico convertido en hábitat microbiano
Mediante análisis metagenómicos y secuenciación masiva del ADN (técnicas que permiten “leer” el ADN de todos los microorganismos presentes en una muestra, sin necesidad de cultivarlos), los investigadores identificaron comunidades bacterianas pertenecientes mayoritariamente a las familias Pseudomonadota y Bacteroidota. Estas familias incluyen bacterias muy versátiles y resistentes, capaces de adaptarse a condiciones difíciles. Algunas de ellas pueden sobrevivir en ambientes extremos, como suelos contaminados o zonas con muy pocos nutrientes, lo que explicaría su supervivencia en un entorno tan hostil como el agua pesada pura.
Las bacterias encontradas en el agua pesada presentan características genéticas singulares: genes más cortos y proteínas con una composición optimizada para minimizar el gasto energético en un entorno sin fuentes de carbono accesibles, salvo las posibles provenientes de la degradación del plástico (HDPE) de las propias garrafas.
“Encontrar genes relacionados con la degradación del polietileno sugiere que estas bacterias podrían estar usando el propio contenedor como fuente de carbono. Esto abre vías fascinantes para la biotecnología, especialmente en lo que respecta al reciclaje de plásticos resistentes”, destaca Francisco Sobrino, jefe de laboratorio en el CBM.
Otro hallazgo notable es la abundancia de genes vinculados a mecanismos de reparación y recombinación del ADN, lo que refuerza la hipótesis de que estas bacterias han desarrollado estrategias moleculares originales para sobrevivir en un entorno que compromete la integridad genética.
Implicaciones en biotecnología, sostenibilidad y astrobiología
“Este trabajo no solo amplía nuestro conocimiento sobre la adaptabilidad bacteriana, sino que tiene implicaciones directas en la búsqueda de vida en entornos extremos, tanto en la Tierra como fuera de ella. La deuterosfera que describimos (microambiente altamente enriquecido en deuterio) es un modelo único para explorar los límites de la vida”, comenta Ricardo Amils, microbiólogo del CBM y codirector del estudio.
Igual que el río Tinto (Huelva), un entorno extremo y altamente ácido, ha sido utilizado como análogo terrestre de Marte, en este nuevo estudio, se ha demostrado que los microorganismos pueden adaptarse a condiciones consideradas hasta ahora incompatibles con la vida, lo que refuerza la idea de que la vida podría existir en otros lugares del sistema solar.
Como parte del proyecto, se están llevando a cabo experimentos en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) para estudiar cómo influye la presencia o ausencia de radiación cósmica secundaria —como muones, neutrones y rayos gamma— en la viabilidad y evolución de estas bacterias.
El uso del LSC permite simular condiciones subterráneas similares a las que podrían darse en Marte o en lunas como Encélado o Europa, donde la vida, si existe, estaría protegida de la radiación en subsuelos helados o acuáticos.
Aunque no se ha detectado agua pesada en grandes cantidades en ningún planeta o luna del sistema solar, las mediciones realizadas por sondas espaciales muestran que algunos cometas, Venus o las lunas Europa y Encélado, presentan proporciones de deuterio más altas que las de la Tierra. Esto sugiere que podrían existir microambientes con condiciones químicas similares a las del experimento, lo que refuerza la utilidad del modelo de “deuterosfera” para explorar cómo podría adaptarse la vida en otros mundos.
Este descubrimiento pionero no solo expande nuestras ideas sobre los límites de la vida en la Tierra, sino que sugiere nuevas posibilidades para la biotecnología ambiental y la exploración astrobiológica, abriendo puertas hacia aplicaciones en la degradación de plásticos y en la identificación de nuevas rutas metabólicas en condiciones extremas, como las creadas artificialmente en reactores nucleares.
