Las bacterias se aislaron de una fuente termal de Yellowstone
La Universidad Estatal de Montana (MSU) ha sido durante mucho tiempo un centro de investigación sobre las muchas características únicas del cercano Parque Nacional de Yellowstone, y ahora una estudiante de doctorado en uno de los laboratorios de microbiología de la universidad ha publicado un artículo sobre cómo algunos organismos que habitan en fuentes termales prosperan en sus entornos extremos.
Lisa Keller, una estudiante de posgrado que se espera que complete sus estudios de doctorado esta primavera, es la autora principal de un nuevo artículo junto con su asesor y mentor Eric Boyd, profesor del Departamento de Microbiología y Biología Celular de la Facultad de Agricultura.
Keller trabajaba con muestras bacterianas de un grupo llamado Aquificales, que se aislaron de una fuente termal de Yellowstone. Experimentó con diversas condiciones para identificar la mejor manera de cultivar los organismos en el laboratorio para su posterior estudio.
Inspirado por investigaciones anteriores que mostraban que los Aquificales podían crecer utilizando azufre elemental, hidrógeno y oxígeno, Keller comenzó a explorar si varias combinaciones de estos compuestos podrían favorecer el crecimiento, específicamente a nivel de la respiración celular.
Las células respiran oxígeno o alternativas al oxígeno mediante respiración aeróbica y anaeróbica, respectivamente. Sin embargo, no se sabe que hagan ambas cosas al mismo tiempo. Al menos, esa era la idea predominante.
"Un ejemplo que la gente conoce son las células que componen nuestros propios músculos. Nuestras células musculares utilizan mucho oxígeno cuando hacemos ejercicio de resistencia, pero si nuestro nivel de ejercicio es demasiado intenso, nuestros cuerpos no pueden entregar oxígeno a nuestras células con la suficiente rapidez. Entonces, nuestras células cambian al metabolismo anaeróbico que causa una sensación de ardor debido a la acumulación de ácido láctico", dijo Keller.
"Es bien sabido que las células alternan entre el metabolismo aeróbico y anaeróbico, pero no se sabe que realicen ambas formas al mismo tiempo".
Imagen: Modelo simplificado de las capacidades metabólicas relevantes de la cepa RSW1 de Hydrogenobacter basado en la anotación del genoma, ensayos fisiológicos y literatura que describe cepas estrechamente relacionadas.
Keller cultivó las bacterias en el laboratorio y observó los niveles de azufre y oxígeno en el experimento a lo largo del tiempo. Ella sabía que los Aquificales tenían la genética necesaria para el metabolismo anaeróbico y aeróbico, pero al medir las cantidades de azufre y oxígeno, descubrió que mientras el sulfuro aumentaba, el oxígeno disminuía.
Eso significaba que mientras las bacterias producían sulfuro (un proceso anaeróbico), utilizaban oxígeno, lo que significa que se producían ambos metabolismos.
"No hay otra explicación que la de que estas células respiran oxígeno al mismo tiempo que respiran azufre elemental", afirmó.
Keller dijo que la capacidad de la bacteria para llevar a cabo ambos procesos a la vez desafía nuestra comprensión de cómo sobreviven los microbios, especialmente en entornos dinámicos y con poco oxígeno, como las fuentes termales. Muchos de los organismos que se encuentran en las aguas termales de Yellowstone son formas de vida antiguas que reflejan la vida en la Tierra primitiva, cuando no había oxígeno.
Los resultados de este estudio arrojan luz sobre cómo las antiguas formas de vida se adaptaron a la oxigenación progresiva de la Tierra que comenzó hace unos 2.800 millones de años.
"Esto es realmente interesante y genera muchas más preguntas", dijo Keller. "No sabemos cuán extendido está, pero abre la puerta a muchas más investigaciones".
Keller, quien recibió su licenciatura en microbiología de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, comenzó sus estudios de doctorado en el laboratorio de Boyd en 2019. Mientras se prepara para defender su tesis en abril, espera seguir realizando investigaciones en la región de Yellowstone después de su graduación.
Boyd ha estado estudiando procesos microbianos y geobiología en la MSU durante más de 20 años. Ha sido mentor de 27 estudiantes de posgrado y más de 50 estudiantes de pregrado, y el trabajo de su laboratorio ha aparecido en The New York Times (del que Keller era parte), en PBS y en muchas de las revistas académicas más respetadas del mundo.
Imagen: Lisa Keller, estudiante de doctorado en microbiología de la Universidad Estatal de Montana, toma muestras de cultivos en el Laboratorio Boyd el martes 18 de febrero de 2025 en Bozeman, Montana. Crédito: MSU / Colter Peterson
Boyd dijo que Keller ha sido una científica particularmente motivada e inquisitiva.
"Lisa es una persona curiosa que, a través de una meticulosa experimentación, identificó un fenómeno único y luego dedicó tiempo y esfuerzo a lo que se convertiría en un descubrimiento que desafiaría paradigmas", dijo, y agregó que una investigación fundamental como la de Keller puede tener beneficios de largo alcance para la ciencia y la sociedad.
Al repasar sus estudios, Keller puede ver cuánto ha crecido como científica, escritora y comunicadora, y atribuye gran parte de ello al compromiso de Boyd con la tutoría de alto nivel para investigadores tanto de pregrado como de posgrado.
"Él realmente se preocupa profundamente por sus estudiantes y realmente quiere que tengamos éxito", dijo. "También dedica mucho tiempo y esfuerzo a orientarnos y hacer que hagamos las preguntas correctas, enseñándonos cómo pensar sobre los experimentos y cómo comunicar nuestra ciencia a un público amplio. Realmente respeto su forma de pensar sobre la ciencia y siento que todavía tengo mucho que aprender".
El artículo, titulado "Simultaneous aerobic and anaerobic respiration in hot spring chemolithotrophic bacteria", se publica en la revista Nature Communications.
