Criptobiosis

La criptobiosis o anabiosis es un estado metabólico de la vida en el que ingresa un organismo en respuesta a condiciones ambientales adversas como desecación , congelación y deficiencia de oxígeno . En el estado criptobiótico, todos los procesos metabólicos mensurables se detienen, lo que impide la reproducción , el desarrollo y la reparación. Cuando las condiciones ambientales vuelven a ser hospitalarias, el organismo volverá a su estado metabólico de vida como era antes de la criptobiosis.

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Anhidrobiosis

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Anhidrobiosis en el tardígrado Richtersius coronifer

La anhidrobiosis es la forma de criptobiosis más estudiada y se presenta en situaciones de extrema desecación . El término anhidrobiosis deriva del griego para "vida sin agua" y se usa más comúnmente para la tolerancia a la desecación observada en ciertos animales invertebrados como rotíferos bdelloides , tardígrados , camarones de salmuera , nematodos y al menos un insecto, una especie de quironómido ( Polypedilum vanderplanki ). Sin embargo, otras formas de vida exhiben tolerancia a la desecación. Estos incluyen la planta de resurrección Craterostigma plantagineum , [1] la mayoría de las semillas de plantas y muchos microorganismos como la levadura de panadería . [2] Los estudios han demostrado que algunos organismos anhidrobióticos pueden sobrevivir durante décadas, incluso siglos, en estado seco. [3]

Los invertebrados que sufren anhidrobiosis a menudo se contraen en una forma más pequeña y algunos proceden a formar un azúcar llamado trehalosa . La tolerancia a la desecación en las plantas está asociada con la producción de otro azúcar, la sacarosa . Se cree que estos azúcares protegen al organismo del daño por desecación. [4] En algunas criaturas, como los rotíferos bdelloides, no se ha encontrado trehalosa, lo que ha llevado a los científicos a proponer otros mecanismos de anhidrobiosis, posiblemente involucrando proteínas intrínsecamente desordenadas . [5]

En 2011, se demostró que Caenorhabditis elegans , un nematodo que también es uno de los organismos modelo mejor estudiados, sufre anhidrobiosis en la etapa de larva de dauer . [6] Investigaciones adicionales que aprovechan las herramientas genéticas y bioquímicas disponibles para este organismo revelaron que, además de la biosíntesis de trehalosa, hay un conjunto de otras vías funcionales involucradas en la anhidrobiosis a nivel molecular. [7] Se trata principalmente de mecanismos de defensa contra especies reactivas de oxígeno y xenobióticos , expresión de proteínas de choque térmico y proteínas intrínsecamente desordenadas , así como biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados y poliaminas . Algunos de ellos se conservan entre plantas y animales anhidrobióticos, lo que sugiere que la capacidad anhidrobiótica puede depender de un conjunto de mecanismos comunes. Comprender estos mecanismos en detalle podría permitir la modificación de células, tejidos, órganos o incluso organismos no anhidrobióticos para que puedan conservarse en un estado seco de animación suspendida durante largos períodos de tiempo.

A partir de 2004, esta aplicación de anhidrobiosis se está aplicando a las vacunas . En las vacunas, el proceso puede producir una vacuna seca que se reactiva una vez que se inyecta en el cuerpo. En teoría, la tecnología de vacuna seca podría usarse en cualquier vacuna, incluidas las vacunas vivas como la del sarampión. También podría adaptarse para permitir la liberación lenta de una vacuna, eliminando la necesidad de refuerzos. Esto propone eliminar la necesidad de refrigerar las vacunas, lo que hace que las vacunas secas estén más disponibles en todo el mundo en desarrollo, donde la refrigeración, la electricidad y el almacenamiento adecuado son menos accesibles. [8]

Sobre la base de principios similares, la lioconservación se ha desarrollado como una técnica para la conservación de muestras biológicas a temperatura ambiente. [9] [10] La liopreservación es una estrategia biomimética basada en la anhidrobiosis para preservar las células a temperatura ambiente. Se ha explorado como una técnica alternativa para la criopreservación . La técnica tiene las ventajas de poder conservar muestras biológicas a temperatura ambiente, sin necesidad de refrigeración o uso de temperaturas criogénicas. [11] [12]

Anoxibiosis

En situaciones de falta de oxígeno (también conocido como anoxia), muchos criptobiontes (como M. tardigradum ) ingieren agua y se vuelven turgentes e inmóviles, pero pueden sobrevivir durante períodos prolongados de tiempo. Algunos vertebrados ectotérmicos y algunos invertebrados, como los camarones de salmuera , [13] copépodos , [14] nematodos, [15] y gémulas de esponja , [16] son capaces de sobrevivir en un estado aparentemente inactivo durante condiciones anóxicas durante meses o décadas.

Los estudios de la actividad metabólica de estos organismos inactivos durante la anoxia no han sido concluyentes en su mayoría. Esto se debe a que es difícil medir grados muy pequeños de actividad metabólica de manera suficientemente confiable como para probar un estado criptobiótico en lugar de una depresión de la tasa metabólica (ERM) ordinaria. Muchos expertos se muestran escépticos sobre la viabilidad biológica de la anoxibiosis, ya que el organismo está logrando evitar daños en sus estructuras celulares por la energía libre negativa ambiental, a pesar de estar rodeado de abundante agua y energía térmica y sin utilizar ninguna energía libre propia. . Sin embargo, existe evidencia de que la proteína p26 inducida por el estrés puede actuar como una proteína acompañante que no requiere energía en embriones quísticos de Artemia franciscana (mono marino), y lo más probable es que una vía de polinucleótidos de guanina extremadamente especializada y lenta continúe proporcionando energía metabólica libre para los embriones de A. franciscana durante condiciones anóxicas. Parece que A. franciscana se acerca pero no alcanza una verdadera anoxibiosis. [17]

Quimiobiosis

La quimiobiosis es la respuesta criptobiótica a altos niveles de toxinas ambientales. Se ha observado en tardígrados . [18]

Criobiosis

La criobiosis es una forma de criptobiosis que tiene lugar como reacción a la disminución de la temperatura . La criobiosis se inicia cuando el agua que rodea las células del organismo se ha congelado, detener la movilidad de las moléculas permite al organismo soportar las temperaturas bajo cero hasta que regresen las condiciones más hospitalarias. Los organismos capaces de soportar estas condiciones suelen presentar moléculas que facilitan la congelación del agua en ubicaciones preferenciales y al mismo tiempo prohíben el crecimiento de grandes cristales de hielo que, de otro modo, podrían dañar las células. [ cita requerida ] Uno de esos organismos es la langosta . [19]

Osmobiosis

La osmobiosis es el menos estudiado de todos los tipos de criptobiosis. La osmobiosis ocurre en respuesta a una mayor concentración de solutos en la solución en la que vive el organismo. Poco se sabe con certeza, aparte de que la osmobiosis parece implicar un cese del metabolismo. [18]

El camarón de salmuera Artemia salina , que se puede encontrar en Makgadikgadi Pans en Botswana , [20] sobrevive durante la estación seca cuando el agua de los recipientes se evapora, dejando un lecho de lago prácticamente desecado.

El tardígrado , u oso de agua, puede sufrir los cinco tipos de criptobiosis. Mientras está en un estado criptobiótico, su metabolismo se reduce a menos del 0.01% de lo normal, y su contenido de agua puede caer al 1% de lo normal. [21] Puede soportar temperaturas , radiación y presión extremas mientras se encuentra en un estado criptobiótico. [22]

Algunos nematodos y rotíferos también pueden sufrir criptobiosis. [23]

  • Biostasis
  • Criobiología
  • Criónica
  • Suelo criptobiótico
  • Hibernación
  • Liopreservación

  1. ^ Bartels, Dorothea; Salamini, Francesco (diciembre de 2001). "Tolerancia a la desecación en la planta de resurrección Craterostigma plantagineum. Una contribución al estudio de la tolerancia a la sequía a nivel molecular" . Fisiología vegetal . 127 (4): 1346-1353. doi : 10.1104 / pp.010765 . PMC  1540161 . PMID  11743072 .
  2. ^ Calahan, decano; Dunham, Maitreya; DeSevo, Chris; Koshland, Douglas E (octubre de 2011). "Análisis genético de la tolerancia a la desecación en Sachharomyces cerevisiae" . Genética . 189 (2): 507–519. doi : 10.1534 / genetics.111.130369 . PMC  3189811 . PMID  21840858 .
  3. ^ Shen-Miller, J; Mudgett, Mary Beth; Schopf, J. William; Clarke, Steven; Berger, Rainer (noviembre de 1995). "Excepcional longevidad de la semilla y crecimiento robusto: antiguo loto sagrado de China". Revista estadounidense de botánica . 82 (11): 1367-1380. doi : 10.2307 / 2445863 . JSTOR  2445863 .
  4. ^ Erkut, Cihan; Penkov, Sider; Fahmy, Karim; Kurzchalia, Teymuras V (enero de 2012). "Cómo los gusanos sobreviven a la desecación: Trehalosa pro agua" . Gusano . 1 (1): 61–65. doi : 10.4161 / worm.19040 . PMC  3670174 . PMID  24058825 .
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  6. ^ Erkut, Cihan; Penkov, Sider; Khesbak, Hassan; Vorkel, Daniela; Verbavatz, Jean-Marc; Fahmy, Karim; Kurzchalia, Teymuras V (agosto de 2011). "Trehalosa hace que la larva dauer de Caenorhabditis elegans sea resistente a la desecación extrema". Biología actual . 21 (15): 1331-1336. doi : 10.1016 / j.cub.2011.06.064 . PMID  21782434 . S2CID  18145344 .
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  18. ^ a b Møbjerg, N .; Halberg, KA; Jørgensen, A .; Persson, D .; Bjørn, M .; Ramløv, H .; Kristensen, RM (2011). "Supervivencia en ambientes extremos - sobre el conocimiento actual de adaptaciones en tardígrados" . Acta Physiologica . 202 (3): 409–420. doi : 10.1111 / j.1748-1716.2011.02252.x . PMID  21251237 . S2CID  20894284 .
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  20. ↑ C. Michael Hogan (2008) Makgadikgadi , The Megalithic Portal, ed. A. Burnham
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  22. ^ Hechos tardígrados de la Universidad Wesleyana de Illinois
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  • David A. Wharton, Life at the Limits: Organisms in Extreme Environments, Cambridge University Press, 2002, tapa dura, ISBN  0-521-78212-0