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11/04/2014

Eva Barreno Rodríguez, catedrática de Botánica de la Universitat de València

«Hemos aislado bacterias de líquenes con posibles aplicaciones biotecnológicas»

La catedrática Eva Barreno se define como una persona multidisciplinar, integradora y de mente aplicada, que ha sabido conjugar su inquietud por adquirir nuevos conocimientos con la colaboración de expertos que complementaran su equipo en el Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva. Desde que colaborara en el mapa de vegetación de España mientras realizaba su tesis doctoral en la Universidad Complutense de Madrid, ha recorrido medio mundo recolectando especies vegetales y desarrollado proyectos muy diversos aunque su especialidad son los complejos y enigmáticos líquenes, cuyas características y aplicaciones continúan asombrando a la comunidad científica. A pesar de sus descubrimientos, algunos pioneros a nivel mundial, como muchos compañeros de profesión ahora se ve obligada a cesar a valiosos miembros de su equipo y a renunciar a líneas prometedoras de investigación por los recortes en I+D+i.



AUTOR: RUVID

¿Por qué los líquenes son especialmente sensibles a las alteraciones del medio ambiente?
Son los primeros que sufren los cambios y, por tanto, son indicadores biológicos muy rápidos de los problemas medioambientales, por ello se usan para la gestión avanzada de los espacios naturales. Los líquenes son el resultado de la simbiosis entre hongos, fotobiontes (microalgas y/o cianobacterias) y bacterias heterótrofas, los cuales forman talos -cuerpos vegetativos- en equilibrio inestable. Son mutualistas, es decir, cada uno cede algo al otro: el hongo cede agua y elementos minerales mientras protege a las algas de la radiación ultravioleta y la desecación. Las algas son los productores primarios, realizan la fotosíntesis y aportan al hongo hidratos de carbono. De este modo, los talos de los líquenes funcionan como microecosistemas y, en cuanto cambian las condiciones del medio, se puede desestabilizar la simbiosis.


Como hemos podido demostrar, los líquenes son excelentes bioindicadores, no solo de las condiciones ambientales como de las variaciones de temperatura y disponibilidad de agua, sino también de la contaminación atmosférica o de la salud de los bosques. En este sentido, el exceso de nitrógeno causado por actividades humanas – desde la combustión hasta los fertilizantes– es lo que más daño está causando tanto a los líquenes que lo detectan en primera instancia, como a todos los sistemas simbióticos de los suelos. Son muchas las especies que no soportan tanto nitrógeno. Podemos afirmar que es el mayor problema para la pérdida de biodiversidad general que ahora se está produciendo en el Hemisferio norte.


¿Qué otras características sorprendentes poseen los líquenes?
Ahora estamos comprobando que muchas especies de líquenes son bioacumuladores de metales pesados como plomo, cromo, etc. Es decir, son capaces de acumular dosis enormes de metales presentes en el ambiente sin sufrir daños. De este modo, podemos establecer relaciones causa-efecto en caso de no tener una contaminación detectada según la cantidad que encontremos en estos organismos. En este sentido, la legislación de metales pesados de prácticamente todos los países europeos, excepto la de España y algún otro como Grecia, está parcialmente basada en esta capacidad de los líquenes como referentes.


De igual modo, siguiendo el modelo norteamericano del USDA Forest Service con el que colaboré, desde el año pasado disponemos de una normativa fantástica en la Unión Europea, ICP-Forest, sobre evaluación de la salud forestal y otros tipos de impactos ambientales de un territorio basada, entre otras variables, en los líquenes. No logro entender cómo no se desarrolla la normativa en España. Las Comunidades Autónomas están obligadas a enviar datos a la UE para la elaboración del informe anual sobre la evolución de la salud de los bosques. Sin embargo, es cuestionable la fiabilidad de la información porque la suelen recopilar personas no expertas o directamente no se hace. Yo he tirado la toalla, estoy cansada de intentar convencer a las autoridades de la necesidad de cambiar esto. Dando trabajo a personas cualificadas y formadas por las universidades, los informes serían serios y realistas.


Háblenos de los otros organismos que conviven con algas y hongos en los líquenes.
Resulta que la simbiosis liquénica incluye bacterias heterótrofas, no fotosintéticas, cuya contribución al funcionamiento de las simbiosis permanece aún por dilucidar. En 2001, cuando estaba dedicaba a testar las reacciones de cultivos agrícolas valencianos frente al ozono, la bióloga estadounidense Lynn Margulis me convenció para que investigara sobre ello. Estaba segura de que las bacterias jugaban un papel importante en los líquenes. Desgraciadamente falleció justo antes de que confirmáramos su hipótesis hace un par de años gracias a las técnicas de los anatomistas del Jardí Botànic junto con las moleculares.


Fuimos los primeros en comunicar este descubrimiento en un congreso internacional y, aunque después un equipo americano utilizó la secuenciación genómica para listar todas las bacterias, su localización y funciones seguían siendo un misterio por lo que decidí continuar en esta línea, en estrecha colaboración con Elena Biosca, Prof. Titular de Microbiología de la Universitat de València. Encontramos que algunas de estas nuevas bacterias son simbióticas, pero el reto fue hacerlas crecer de manera independiente en un cultivo de laboratorio. A base de probar distintos métodos, finalmente lo logramos simulando las condiciones nutritivas del talo del liquen.


¿Qué aplicaciones futuras tiene este descubrimiento?
Muchas de estas bacterias que eran totalmente desconocidas hasta ahora tienen posibles aplicaciones biotecnológicas relacionadas con la obtención de productos sanitarios o para temas medioambientales. Somos el único grupo que ha podido aislar y recuperar un elevado número de colonias de bacterias heterótrofas -simbiontes o no- asociadas a los líquenes, las hicimos crecer y están congeladas, se han identificado mediante el ADN y en breve, se va a proceder a la pirosecuenciación para caracterizarlas más precisamente. Tenemos todavía mucho trabajo por delante. Actualmente nos encontramos redactando los resultados que son interesantes. Este hallazgo da la razón a las teorías de Lynn: que los organismos eucariotas son compuestos y complejos al estar formados por muchos otros organismos íntimamente relacionados y unidos frente a la adversidad del medio ambiente.


¿Qué más han descubierto?
Nuestro gran hallazgo tras años de trabajo, realizado en colaboración con los fisiólogos E. del Campo, L. Casano, A. Guéra de la Universidad de Alcalá, es que más de una especie de alga del género Trebouxia coexiste en el talo de nuestro liquen modelo, Ramalina farinacea. Se trata de un fenómeno de coexistencia muy novedoso en Ecología ya que siempre se habían explicado las relaciones entre organismos como solo una competencia por los recursos. Hasta que publicamos este estudio en 2012, se creía que componían el liquen únicamente un microalga y un hongo. Comparamos distintas poblaciones de esta especie recolectada en California, en las Islas Canarias y en la Península Ibérica y demostramos que siempre conviven las dos mismas especies de microalgas. Para ello, tuvimos que desarrollar técnicas nuevas como un método de aislamiento y propagación en cultivos aislados. Una especie de alga era común y fácil de identificar, Trebouxia sp. TR1, pero la otra era desconocida y la llamamos Trebouxia sp. TR9.


En este trabajo que es, sin duda, el emblemático del grupo, encontramos que siempre preponderaba un alga dependiendo de su hábitat. En Castellón, igual que en California, la especie común dominaba ligeramente sobre la desconocida. Sin embargo, en Canarias la TR9 es con diferencia la que prepondera. Hicimos muchos estudios, entre ellos de genómica, anatomía, fisiología y biogeografía, para demostrarlo. Hemos verificado que este modelo de asociación selectiva con varias microalgas puede generalizarse a otros líquenes, hasta con 3 o 4 especies, e incluso de distintos géneros. Además, con el objeto de profundizar en los mecanismos que confieren a las algas liquénicas resistencia frente a condiciones ambientales adversas, analizamos el comportamiento de esas dos algas frente a la desecación. Resulta que la Trebouxia sp. TR9 está presente en muy pocas especies de líquenes, posiblemente porque sea la más ancestral, y posee unos mecanismos antioxidantes impresionantes. Es decir, está más preparada para defenderse del estrés oxidativo y soporta mucho mejor la deshidratación, vamos una seria candidata para experimentar sobre la teoría de la panspermia.


Cualquier otra célula en el momento en que se deshidrata es irrecuperable, pero las algas liquénicas se recuperan y son capaces de retomar instantáneamente la actividad con una gota de agua. Hemos demostrado con Myriam Catalá, de la Universidad Rey Juan Carlos, que, cuando se rehidrata, el hongo emite una molécula-señal muy compleja y muy estudiada en medicina, que es el óxido nítrico (NO), que cumple, entre otras funciones, de protector frente a los radicales libres. Como muestra del potencial de este descubrimiento, nos han pedido que expongamos nuestras conclusiones en un congreso internacional de bioenergética.


¿De modo que todavía quedan muchas incógnitas por resolver?
Muchas. Por ejemplo, estas algas no responden al modelo fisiológico común de las plantas ya que nos hemos encontrado con una pared celular muy diferente. En especial, el microalga TR9 presenta una pared inusualmente gruesa y compleja. De modo que trabajamos junto a un grupo brasileño para desentrañar el mecanismo que permite la regeneración de la pared celular a las pocas horas de romperla en el laboratorio mediante radiación ultravioleta. Por otro lado, hemos encontrado que sorprendentemente no tienen celulosa y que los exopolímeros son nuevos y diferentes, algo que también tendrá aplicaciones biotecnológicas interesantes en el futuro. Asimismo, hemos descubierto unos lípidos complejos que pueden ser de interés para la industria farmacéutica y cosmética, por ejemplo. Trebouxia sp. TR9 es de nuevo la más prometedora en este aspecto, de modo que en el marco del proyecto PROMETEOII/021/2013, financiado por la Generalitat Valenciana, nos proponemos completar la secuenciación y el análisis estructural y funcional de su genoma. Mi intención es dedicar esta especie a Lynn Margulis.


¿Colaboran actualmente con alguna empresa?
Con el centro tecnológico AINIA, especializado en la bioproducción de microalgas. Concretamente estoy codirigiendo con Myriam Catalá una tesis a la doctoranda Mercedes Villa, que es la responsable de la planta piloto de bioproducción y trata de solventar el siguiente problema: las células de las algas de los líquenes se pegan formando agregados y no hay forma de contabilizarlas bien lo que dificulta hacer los controles de la bioproducción masiva para la obtención de productos de alto valor añadido. Con posibles aplicaciones que van desde los biofertilizantes hasta ácidos grasos de tipos Omega 3 o 6 u otros, orientados a los mercados tanto nacionales como internacionales, aquí también contamos con el trabajo del grupo de Pedro Carrasco, catedrático de Bioquímica y hasta hace muy poco vicerrector de Investigación de la Universitat de València.


DESTACAMOS

La secuenciación del genoma de los cloroplastos del madroño
 

En el marco de otra de sus líneas de investigación, Eva Barreno dirigió recientemente a un equipo de investigadores, en colaboración con profesores de la Universidad de Alcalá, que logró secuenciar por primera vez del genoma de los cloroplastos de la planta del madroño (Arbutus unedo). Estos resultados, publicados en la revista Plos One, constituyen una novedad mundial en lo que se refiere a plantas mediterráneas de vida silvestre.

 

El grupo descubrió que el genoma del cloroplasto (plastoma) presenta pérdidas de genes, duplicaciones y significativas recolocaciones -debidas a inversiones- que, a pesar de todo, han mantenido su tamaño medio –150.897 nucleótidos- en relación al de otros de plantas con flores (angiospermas). Algunas de estas modificaciones podrían explicar, en parte, por qué algunas plantas de la flora subtropical del Terciario pudieron adaptarse a las drásticas condiciones de sequía que representó la aparición del clima mediterráneo.

 

Para ver la noticia completa sobre los resultados de esta investigación, haga clic aquí

* En la imagen, esquema de la estructura del genoma.

 

 

 

 

 



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