Estos ingeniosos microbios poseen “imanes” internos como una estrategia evolutiva que les permite orientarse en el campo magnético terrestre. El objetivo de tal orientación es la búsqueda de zonas carentes de oxígeno, necesarias para el adecuado desarrollo de este tipo de bacterias. La historia del descubrimiento de estos microorganismos, hace más de medio siglo, presenta pasajes interesantes acerca de la difusión y la atribución de los hallazgos científicos.
Descubrimiento
En 1958, el médico Salvatore Bellini, quien entonces trabajaba en el Instituto de Microbiología de la Universidad de Pavía (norte de Italia), hizo un descubrimiento que lo dejó maravillado. Bellini había estado estudiando muestras de agua de pantanos, sedimentos de estanques y lagos poco profundos de los alrededores de Pavía, en busca de microorganismos causantes de enfermedades. Mientras examinaba las muestras al microscopio, le llamó la atención que había ciertas bacterias que se movían (“nadaban”) siguiendo siempre el norte magnético de la Tierra (como sabemos, nuestro planeta se comporta como un gigantesco imán que posee dos polos magnéticos opuestos: el polo norte y el polo sur). Aunque cambiara la orientación del microscopio, las bacterias siempre migraban en la misma dirección: el norte magnético terrestre.
La confirmación de sus sospechas vino cuando empleó imanes de barra, que tienen una fuerza magnética muy superior a la débil atracción del núcleo de la Tierra. Con gran emoción, Bellini observó que algunas de las bacterias de sus muestras cambiaban el sentido de su movimiento, ahora siguiendo el extremo “norte” de la barra de imán. Bellini les llamó “bacterias magnetosensibles”.
Desconcertado por el extraño comportamiento de los bichitos, Bellini continuó estudiando más muestras de agua e hizo otros descubrimientos. Encontró, por ejemplo, que cuando calentaba las muestras, o las trataba con el agente tóxico formaldehído, las bacterias muertas se seguían orientando al norte, aunque (obviamente) ya no se movían. También descubrió que si diluía sus muestras con agua destilada (carente de sales minerales), se perdía la sensibilidad al campo magnético; pero esta propiedad se recuperaba si añadía a las muestras una solución con sales de hierro.
«El visionario Bellini dedujo entonces que las bacterias de su estudio poseían un “imán” interno que les permitía orientarse en el campo magnético»
El imán bacteriano, supuso Bellini, estaba formado por compuestos de hierro, el fenómeno del magnetismo había sido estudiado por los griegos hacía más de dos mil años; de hecho, el término “magnetismo” proviene de Magnesia, nombre de una provincia de Asia Menor, rica en yacimientos del mineral magnetita, formado de óxido de hierro.
En esa misma época, en China, se desarrolló la brújula como un dispositivo de orientación marítima. El imán presente en las bacterias magnetosensibles se asemejaría a la aguja de una brújula, la cual, como sabemos, también se orienta hacia el norte magnético terrestre. Por razones no muy claras, sin embargo, los impresionantes hallazgos de Bellini no se publicaron en una revista científica internacional, sino que se difundieron en 1963 (en italiano) en una sencilla publicación local del Instituto donde él laboraba. Y allí permanecieron olvidados por varios años…
Es importante indicar que se conocen varios ejemplos de organismos superiores capaces de detectar y “seguir” el campo magnético terrestre. Estos incluyen moluscos, abejas y otros insectos, tortugas marinas, aves migratorias, peces, etc. Pero las bacterias magnetosensibles descubiertas por Bellini representaron el primer ejemplo de microorganismos capaces de mostrar tal comportamiento.
Redescubrimiento
A principios de la década de 1970, el entonces estudiante de doctorado Richard P. Blakemore de la Universidad de Massachusetts (noreste de los Estados Unidos), en forma totalmente accidental, hizo el mismo descubrimiento que Bellini. Analizando muestras de agua de sedimentos marinos de la costa norteamericana, observó sorprendido que ciertas bacterias migraban en forma permanente siguiendo las líneas del campo magnético terrestre. Después de analizar con detalle sus muestras, llegó a conclusiones similares a las de Bellini. Blakemore llamó a dicho comportamiento “magnetotaxis” (movimiento hacia el campo magnético) y a los microorganismos “bacterias magnetotácticas” (BMT en adelante). En 1975, Blakemore publicó sus interesantes hallazgos en la prestigiada revista Science y esto le dio una gran difusión a su trabajo, abriendo el campo del magnetismo microbiano a la comunidad científica mundial.
En el año de 2009, Richard P. Frankel, investigador de la Universidad Politécnica del estado de California, Estados Unidos, encontró intrigado los antiguos trabajos de Bellini. Reconociendo la importancia de tales hallazgos, Frankel los tradujo al inglés y los publicó en una revista internacional, con la autoría del profesor italiano. Así, el descubrimiento de las BMT se atribuye ahora, con toda justicia, de manera conjunta, a Bellini y a Blakemore.
Los magnetosomas
Una gran ventaja que tuvo Blakemore es que pudo analizar sus misteriosas bacterias con un microscopio electrónico. De esta manera, descubrió el secreto del comportamiento magnetotáctico que hace que los microorganismos se orienten en el campo magnético del planeta. El microscopio mostró que las BMT poseen en su interior unas bellas estructuras cristalinas, a las que Blakemore denominó “magnetosomas”. Los magnetosomas son nanopartículas, esto es, estructuras con tamaños del orden de millonésimas de un milímetro, o cien mil veces más pequeñas que un grano de arroz. Blakemore también encontró que las partículas estaban formadas de compuestos de hierro (¡como lo había predicho Bellini una década atrás!). Los magnetosomas están rodeados de una membrana de lípidos y comúnmente se agrupan en cadenas de 10 a 20 partículas a lo largo del eje longitudinal de las bacterias. Estas partículas se alinean de acuerdo con la orientación del campo magnético terrestre, funcionando como “nano-brújulas”.
¿Por qué las BMT “buscan” el norte magnético?
La respuesta a esta obvia pregunta fue vislumbrada desde el trabajo pionero de Bellini. Él descubrió que, al variar los niveles de oxígeno de las muestras de agua, se alteraba el comportamiento sensible al campo magnético de las bacterias. Concluyó entonces que las bacterias magnetosensibles migran desde la superficie de los estanques hacia los sedimentos del fondo en busca de zonas poco oxigenadas (recordemos que la fuerza magnética de la Tierra está orientada hacia “abajo”, es decir, hacia su núcleo interno). Esto fue confirmado más tarde por Blakemore, al encontrar que las BMT sólo se hallan en ambientes acuáticos (donde pueden “nadar” para orientarse) y generalmente son microorganismos anaeróbicos, esto es, capaces de desarrollarse en ausencia de oxígeno, que es precisamente el ambiente que priva en los sedimentos.
Como otras bacterias, las BMT poseen unas estructuras filamentosas llamadas Flagelos, que con su movimiento rotatorio les permiten desplazarse en el líquido como las propelas de los barcos. Estos apéndices comúnmente se ubican en un extremo de las células bacterianas y desde allí dirigen su movimiento. Se debe enfatizar que la fuerza magnética no modifica la velocidad con que las BMT se mueven, sólo las orienta, y ellas utilizan los flagelos para movilizarse en la dirección del campo magnético.
Distribución de las BMT
Las BMT abarcan una gran diversidad de especies, lo cual sugiere que el comportamiento biomagnético de estos microorganismos es una propiedad muy antigua, en términos evolutivos. Las formas de las BMT son también muy variadas: las hay esféricas, en forma de bastón y espirales. Una de las BMT más estudiada tiene forma de espiral y se llama, apropiadamente, Magnetospirillum magnetotacticum. Las BMT se han aislado de numerosos ambientes, tanto de agua dulce como de agua de mar. Estos incluyen pantanos, lodos de cavernas, aguas termales, lagos, estuarios marinos, sedimentos del antártico, plantas purificadoras de agua, etc. A diferencia de las BMT aisladas en el hemisferio norte (Italia, EEUU), que migran hacia el norte, las BMT aisladas en el hemisferio sur (Sudamérica, Australia) se orientan hacia el polo magnético sur de la Tierra. Un dato muy interesante es que las muestras de agua obtenidas de sedimentos cerca del ecuador geográfico (por ejemplo, del noreste de Brasil) contienen cantidades iguales de BMT que migran al norte o al sur.
Estudios actuales
A partir de su descubrimiento, hace ya más de 50 años, las BMT han sido objeto de múltiples estudios relacionados con diversas disciplinas científicas. Estas comprenden microbiología, química, bioquímica, física, geoquímica, mineralogía, cristalografía, limnología, oceanografía, biología evolutiva, e incluso astrobiología. Así, por ejemplo, se han encontrado partículas similares a los magnetosomas bacterianos en algas y en truchas, y hay reportes de cristales de hierro magnético en el cerebro humano, aunque no se conoce su función (incluso, se encontraron estructuras parecidas ¡en un meteorito proveniente del planeta Marte!).
Empleando la nueva tecnología genómica, ya se identificaron los genes y las enzimas bacterianas responsables de la síntesis y el ensamble de los magnetosomas. Por otra parte, se han contemplado variadas aplicaciones biotecnológicas y nanotecnológicas del magnetismo bacteriano, las cuales podrían ser el objeto de otro artículo. Igualmente, las respuestas a las interesantes preguntas de ¿cómo surgieron y cómo se han seleccionado las BMT a lo largo de la evolución? quedan pendientes de discutir.
Cervantes, C. (2015). El maravilloso mundo de las bacterias. Saber Más, 21:11-16. https://www.sabermas.umich.mx/archivo/articulos/165-numero-219/325-el-maravilloso-mundo-de-las-bacterias.html
Imágenes de la ciencia y la naturaleza: los magnetosomas. (2010).
https;//lacienciaysusdemonios.com/2010/05/16/imágenes-de-la-ciencia-y-la-naturaleza-los-magnetosomas/
Borrego J.J. (2010). La “brújula” de las bacterias. http://www.encuentros.uma.es/encuentros36/brujula.html
Dr. Carlos Cervantes, Profesor e Investigador del Laboratorio de Microbiología en el Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.).