Estratègies dels microorganismes

Vam començar els cafès científics d’hivern, va començar el dotzè any! Hem dedicat el trimestre a veure algunes estratègies de supervivència dels éssers vius. L’excusa va ser que aquest any -de tant en tant un biòleg ho ha de fer- hem dedicat el trimestre a commemorar el naixement de Charles Darwin el mes de febrer. Així, durant tot el trimestre amb una sèrie de cafès dedicats a l’evolució, que tractaran de les estratègies de supervivència de tres grups diferents d’essers vius: microorganismes, plantes i insectes.

Ahir dimecres 15 de gener vam parlar de les múltiples facetes dels microorganismes, amb Mercedes Berlanga, professora agregada de la Facultat de Farmàcia (UB).

Les bactèries van ser els primers éssers vius que van colonitzar la Terra. La seva ràpida multiplicació fa que puguin adaptar-se ràpidament a l’entorn, per això són i resistents als antibiòtics. I són tan ubiqües que els éssers vius no podríem viure sense elles, formen part essencial de nosaltres mateixos.

Els bacteris
Els avenços tecnològics, científics i de pensament permeten que els bacteris tinguin actualment una bona acceptació social. Se sap que dels milions de bacteris que existeixen, només 150.000 són patògens; i, només 300, patògens per als humans.

De bacteris n’hi ha de dues menes, els que tenen un metabolisme similar als que ens provoquen malalties, anomenats bacteris, i els arqueus, contemporanis i semblants en la morfologia, però que tenen un comportament metabòlic molt divers i amb els quals a penes interactuem. Ambdós grups tenen la mateixa mida (mesuren entorn dos micròmetres) i comparteixen també formes. Cap dels dos grups no dorm, sempre estan actius, no tenen bioritmes.


L’atmosfera actual
La Terra es va formar fa 4.550 milions d’anys. Durant uns 750 milions d’anys va ser inhòspita; però, ara fa entorn 3.800 milions d’anys va aparèixer la vida. Una vida senzilla, de cèl·lules simples, aïllades del mitjà i els components sense compartimentar. El fòssil més antic és de fa 3.500 milions d’anys.

Aquesta mena de vida també hauria pogut aparèixer a Mart; però, quina diferència hi ha entre la Terra i Mart, on la vida no es va mantenir? Doncs que els bacteris van crear ecosistemes microbians en els quals alguns es van especialitzar en tancar el cicle de la vida, aprofitant la matèria viva per descompondre-la. Amb bacteris es tanca el cicle dels elements (carboni, nitrogen, fòsfor, oxigen).

Els bacteris són també responsables de les condicions de l’atmosfera terrestre actual. Ara fa 2.800 milions d’anys aproximadament (uns mil milions d’anys després de l’aparició de la vida), un error metabòlic va fer aparèixer bacteris que feien una fotosíntesi oxigènica, que prenia l’aigua com a substrat i alliberava oxigen. Abans, la fotosíntesi prenia l’àcid sulfhídric com a substrat.

L’acumulació de l’oxigen de rebuig va canviar completament les condicions de la vida: va generar l’atmosfera rica d’oxigen que, posteriorment, va permetre el desenvolupament d’organismes complexos com som nosaltres.


Les formes de vida actuals
Els bacteris fan consorcis metabòlics, propietat que -ara fa uns 1.800 milions d’anys- va permetre un altre canvi crucial en la història de la vida a la Terra. Lla fusió de diverses cèl·lules procariotes va donar lloc a les cèl·lules eucariotes.

Per a comprendre la diferència entre els dos tipus, Mercè ens compara les cèl·lules procariotes, les dels microorganismes, amb cabanes on tots els serveis són en la mateixa estància; i les eucariotes, les nostres, amb palaus, perquè tenen compartiments i són molt més grans.

La cèl·lula eucariota és una quimera formada a partir de bacteris i arqueus. La membrana citoplasmàtica que aïlla la cèl·lula del mitjà és bacteriana, mentre que alguns fragments del DNA és d’arqueus -i les proteïnes codificades, per exemple.

Aquesta fusió va donar lloc a les cèl·lules que més endavant donarien lloc a plantes, animals i fongs, que formen estructures ben diverses però que, són ben similars en el funcionament, a diferències de les cèl·lules dels microorganismes. I que ara fa entorn 542 milions d’anys van donar lloc a l’explosió cambriana.

Interaccions
Des d’aleshores els eucariotes multicel·lulars convivim més o menys pacíficament amb els bacteris. En la natura no existeixen organismes sense microorganismes. Des que naixem trobem bacteris per tot arreu. Es considerava que naixíem estèrils; però, d’on surten aleshores els bacteris que hi ha en el meconi, la primera deposició d’un nadó abans d’haver nascut? Fa dos o tres anys s’estan trobant restes de microorganismes a la placenta i el líquid amniòtic.

Les mucoses dels éssers vius, les superfícies vives, estan preparades per a que els bacteris hi creixin. El sistema immunitari ens defensa dels bacteris patògens, o que no ho siguin, però que surtin del lloc on han de ser. En el moment de morir els bacteris dels budells colonitzen la cavitat abdominal.


Microbioma
Se’n diu microbioma als bacteris d’un organisme. Bàsicament al digestiu. Se sap que té influència en el comportament dels éssers vius, però es desconeix el grau. Es fan experiments amb ratolins estèrils artificialment, nascuts per cesària i aïllats, i que mengen aliments i beuen aigua estèrils. El tracte intestinal que desenvolupen és molt més llarg i sense tants racons té deficiències absortives. Per tant, té influència en el desenvolupament embrionari.

En els humans es troben diferències en el microbioma en persones obeses, en malalts de càncer, en diabètics: segons la dieta, vist en bessos monovitel·lins que mengen diferent. De fet, es distingeixen tres grans tipus d’enterotips microbians segons el que predomini en la dieta: pròtids i lípids, carbohidrats o vegetariana.

Cada persona té un microbioma característic, tot i existir una certa fluctuació. Si per alguna raó una persona canvia el seu microbioma es diu que pateix una disbiosi, un desequilibri, que si es manté molt de temps pot ser irreversible.

Els organismes que viuen als nostres budells no creixen en medis estàndard en càpsules de Petri. Són coneguts per la seva seqüència genètica, per això ha calgut esperar al desenvolupament de les tècniques de laboratori i de bioinformàtica per a detectar-los.

Per donar unes xifres. Tenim 10 elevat a 14 microorganismes, que pesen, en total 1,5 kg. Tenim 10 elevat a 13 cèl·lules en un adult humà, i pesen la diferència. Aquestes xifres ens donen una idea de la dimensió entre les cèl·lules bacterianes i les humanes.


Antibiòtics
A principis del segle XX una persona de 50 anys era considerada vella; mentre que ara, als 80 es pot viure molt bé. Va ser la generalització de la penicil·lina als anys 1960, que van permetre augmentar l’esperança de vida. El seu gran desplegament va ser en la dècada de 1970, i avui encara tenen el mateix mecanisme d’acció.

L’abús d’antibiòtics no tant en ús humà -que també, perquè es posava fins i tot en cremes cosmètiques- sinó en ramaderia genera resistències, que podrien inutilitzar l’eficiència. El mal ús s’ha fet per pal·liar la deficiència de les condicions higièniques durant la cria. De moment, en humans s’han donat casos greus en ingressos hospitalaris, però pot esdevenir preocupant.

Vacunes
Que ara mori pràcticament ningú per infeccions bacterianes fa que s’hagi perdut la por als bacteris patògens i que no es vacunin els infants. Cal recordar que la verola s’ha eradicat per les campanyes de vacunació. I que la OMS va estimar que el 2018 es podria haver eradicat el xarampió, mentre que hi va haver més de 140.000 morts, i el nombre de casos segueix augmentant.


L’experiment
Mercè ha dut unes quantes plaques de contacte per a veure com de contaminades estan les nostres mans. S’endurà les plaques i les cultivarà a veure quants microorganismes hi creixen.

Aleshores li fem la pregunta de rigor, “perquè va dedicar-se a la microbiologia”. Diu que des de petita tenia clar que volia ser professora de ciències. I quan feia segon de carrera va pensar que si es dedicava a la recerca es dedicaria a la microbiologia.

Fent les pràctiques d’aquesta assignatura va trobar-se amb Serratia, un bacteri que té un preciós pigment vermell. És el responsable de molts “miracles”, com el “Milagro de los corporales“, de Daroca, que fins i tot el tenen a l’escut. Ella també va tenir una revelació amb Serratia i va dirigir la seva professió cap a la microbiologia. En microbiologia pots fer de tot: genètica, biologia molecular, ecologia… Ara és professora agregada de la Facultat de Farmàcia de la UB.

Dos dies després em passa els resultats dels cultius. Nota: veureu que només van les inicials; i alguns només vau donar a ensumar la mà!

Més informació a Cosir i repuntejar
Altres participants: microbis de la flora intestinal (21/12/2014)