Los hongos radiotróficos son hongos que pueden utilizar la radiación como fuente de energía para estimular el crecimiento. Se han encontrado hongos radiotróficos en ambientes extremos como en la planta de energía nuclear de Chernobyl y en el exterior de naves espaciales en órbita terrestre baja . [1]
La mayoría de los hongos radiotróficos conocidos utilizan melanina de alguna manera para sobrevivir. [2] El proceso de utilizar radiación y melanina para obtener energía se ha denominado radiosíntesis y se cree que es análogo a la respiración anaeróbica . [1] Sin embargo, no se sabe si en la radiosíntesis se utilizan procesos de varios pasos como la fotosíntesis o la quimiosíntesis .
Descubrimiento
En 1991 se descubrieron hongos radiotróficos que crecían dentro y alrededor de la planta de energía nuclear de Chernobyl . [3] Se observó específicamente que las colonias de hongos ricos en melanina habían comenzado a crecer rápidamente dentro de las aguas de enfriamiento de los reactores dentro de la planta de energía, volviéndolos negros. Si bien hay muchos casos de extremófilos (organismos que pueden vivir en condiciones severas como la de la central radiactiva), el microbiólogo Arturo Casadevall creía que estos hongos estaban creciendo debido a la radiación más que a pesar de ella. [4]
Investigaciones adicionales realizadas en la Facultad de Medicina Albert Einstein mostraron que tres hongos que contienen melanina, Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis y Cryptococcus neoformans, aumentaron su biomasa y acumularon acetato más rápido en un ambiente en el que el nivel de radiación era 500 veces mayor que en el entorno normal. La exposición de las células de C. neoformans a estos niveles de radiación rápidamente (dentro de los 20 a 40 minutos posteriores a la exposición) alteró las propiedades químicas de su melanina y aumentó las tasas de transferencia de electrones mediadas por melanina (medidas como reducción de ferricianuro por NADH ) de tres a cuatro -veces en comparación con las células no expuestas. [4] Los autores observaron efectos similares sobre la capacidad de transporte de electrones de la melanina después de la exposición a radiación no ionizante , lo que sugiere que los hongos melanóticos también podrían usar radiación de luz o calor para el crecimiento. [4]
Papel de la melanina
Las melaninas son una familia de pigmentos antiguos de origen natural con propiedades radioprotectoras que generalmente son de color marrón oscuro / negro. Es importante señalar que la melanina tiene un alto peso molecular. Este pigmento puede transducir y proteger la energía, por lo que puede absorber la radiación electromagnética y absorber la luz. Esta cualidad significa que la melanina puede proteger a los hongos melanizados de la radiación ionizante. La transducción de energía también mejora el crecimiento de los hongos, lo que significa que los hongos melanizados crecen más rápido. La melanina también es una ventaja para el hongo, ya que lo ayuda a sobrevivir en muchos entornos diferentes, más extremos y variados. Ejemplos de estos entornos incluyen el reactor dañado de Chernobyl , la estación espacial y las montañas antárticas. La melanina también puede ayudar al hongo a metabolizar la radiación en energía, pero aún se necesitan más pruebas e investigaciones. [2]
Comparaciones con hongos no melanizados
La melanización puede tener algún costo metabólico para las células fúngicas. En ausencia de radiación, algunos hongos no melanizados (que habían mutado en la vía de la melanina) crecieron más rápido que sus homólogos melanizados. Se ha sugerido que la absorción limitada de nutrientes debido a las moléculas de melanina en la pared celular de los hongos o los intermedios tóxicos formados en la biosíntesis de melanina contribuyen a este fenómeno. [4] Es consistente con la observación de que, a pesar de ser capaces de producir melanina, muchos hongos no sintetizan la melanina de manera constitutiva (es decir, todo el tiempo), sino a menudo solo en respuesta a estímulos externos o en diferentes etapas de su desarrollo. [5] Los procesos bioquímicos exactos en la síntesis sugerida a base de melanina de compuestos orgánicos u otros metabolitos para el crecimiento de hongos, incluidos los intermedios químicos (como moléculas donantes y aceptoras de electrones nativos) en la célula del hongo y la ubicación y los productos químicos de este proceso, son desconocidos.
Uso en vuelos espaciales tripulados
Se plantea la hipótesis de que los hongos radiotróficos podrían potencialmente usarse como un escudo para proteger contra la radiación , específicamente en relación con el uso de astronautas en el espacio u otras atmósferas. Se realizó un experimento que tuvo lugar en la Estación Espacial Internacional entre diciembre de 2018 y enero de 2019 para probar si el uso de hongos radiotróficos podría ayudar en la protección contra la radiación ionizante en el espacio, como parte de los esfuerzos de investigación para un posible viaje a Marte . Este experimento utilizó la cepa radiotrófica del hongo Cladosporium sphaerospermum . [6] El crecimiento de este hongo y su capacidad para desviar los efectos de la radiación ionizante se estudiaron durante 30 días a bordo de la Estación Espacial Internacional . Este ensayo experimental arrojó resultados muy auspiciosos.
Se encontró que la cantidad de radiación desviada tiene una correlación directa con la cantidad de hongos. No hubo diferencia en la reducción de la radiación ionizante entre el grupo experimental y el grupo control dentro de las primeras 24 horas, sin embargo, una vez que los hongos radiotróficos alcanzaron una maduración adecuada y con un radio de protección de 180 °, se encontró que las cantidades de radiación ionizante se redujeron significativamente en comparación con el grupo de control. Con un escudo de 1,7 mm de grosor de Cladosporium sphaerospermum radiotrófico melanizado , se encontró que las mediciones de radiación que se acercan al final de la prueba experimental eran un 2,42% más bajas, lo que demuestra una capacidad de desvío de la radiación cinco veces mayor que la del grupo de control. En circunstancias en las que los hongos abarcarían completamente una entidad, los niveles de radiación se reducirían en un 4,34 ± 0,7% estimado. [6] Las estimaciones indican que una capa de aproximadamente 21 cm de espesor podría desviar significativamente la cantidad anual de radiación recibida en la superficie de Marte . Las limitaciones al uso de un escudo basado en hongos radiotróficos incluyen una mayor masa en las misiones. Sin embargo, como un sustituto viable para reducir la masa total en posibles misiones a Marte , podría usarse una mezcla con la misma concentración molar de suelo marciano , melanina y una capa de hongos de aproximadamente 9 cm de espesor. [6]
Ver también
- Desastre de Chernobyl § Flora y fauna
- Bacterias que comen nailon
Referencias
- ^ a b "Un escudo de radiación autorreplicante para la exploración humana del espacio profundo: los hongos radiotróficos pueden atenuar la radiación ionizante a bordo de la estación espacial internacional" (PDF) .
- ^ a b Dadachova, Ekaterina; Casadevall, Arturo (diciembre de 2008). "Radiación ionizante: cómo los hongos se adaptan y explotan con la ayuda de la melanina" . Opinión actual en microbiología . 11 (6): 525–531. doi : 10.1016 / j.mib.2008.09.013 . ISSN 1369-5274 . PMC 2677413 . PMID 18848901 .
- ^ Castelvecchi, Davide (26 de mayo de 2007). "Dark Power: Pigment parece hacer un buen uso de la radiación" . Noticias de ciencia . Vol. 171 no. 21. p. 325. Archivado desde el original el 24 de abril de 2008.
- ^ a b c d Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A (2007). Rutherford J (ed.). "La radiación ionizante cambia las propiedades electrónicas de la melanina y mejora el crecimiento de hongos melanizados" . PLOS ONE . 2 (5): e457. Código Bibliográfico : 2007PLoSO ... 2..457D . doi : 10.1371 / journal.pone.0000457 . PMC 1866175 . PMID 17520016 .
- ^ Calvo AM, Wilson RA, Bok JW, Keller NP (2002). "Relación entre el metabolismo secundario y el desarrollo de hongos" . Microbiol Mol Biol Rev . 66 (3): 447–459. doi : 10.1128 / MMBR.66.3.447-459.2002 . PMC 120793 . PMID 12208999 .
- ^ a b c Shunk, Graham K .; Gómez, Xavier R .; Averesch, Nils JH (17 de julio de 2020). "Un escudo de radiación autorreplicante para la exploración humana del espacio profundo: los hongos radiotróficos pueden atenuar la radiación ionizante a bordo de la estación espacial internacional" . bioRxiv 10.1101 / 2020.07.16.205534 . doi : 10.1101 / 2020.07.16.205534 . S2CID 220650792 . Cite journal requiere
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( ayuda )
enlaces externos
- Einstein College of Medicine sobre hongos radiotróficos
- Cuanto más negro, mejor ... especialmente en Chernobyl en Earthling Nature.