Esporas
Grandes supervivientes de la naturaleza
La mayoría de los organismos terminan muriendo en ausencia de nutrientes. Sin embargo, especies como las del género Bacillus forman esporas que les permiten sobrevivir en medios totalmente carentes de nutrientes. A estas esporas se les llama “durmientes” dado que no presentan actividad metabólica y parecen estar muertas. Sin embargo, no están muertas sino en estado latente, esperando que las condiciones nutritivas mejoren. Cuando esto ocurre, las esporas rápidamente vuelven a la vida mediante un proceso de germinación y crecen nuevamente. Las esporas son originadas durante el proceso de esporulación, el cual es desencadenado por falta de nutrientes. A diferencia de las células vegetativas que contienen grandes cantidades de compuestos altamente energéticos como trifosfato de adenosina, las esporas carecen de tales compuestos. Sin embargo, las esporas tienen sus propios depósitos de nutrientes que utilizarán cuando vuelvan a la vida.
Las esporas pueden sobrevivir durante períodos de tiempo largos y extensos. Existen estudios que sugieren que las esporas sobreviven entre diez y cientos de millones de años. ¿Qué es lo que se necesita para que las esporas sobrevivan durante tales períodos de tiempo?. Primera y principalmente, la protección del DNA de las esporas, su material genético. Si el DNA de las esporas sufre daños importantes, la espora morirá. También es importante proteger las proteínas de la espora, dado que cuando la espora germina son necesarias muchas proteínas para absorber y metabolizar nutrientes, así como para sintetizar macromoléculas nuevas. En su estado latente, las esporas resisten extremadamente bien condiciones ambientales desfavorables muy diversas. Así, algunas esporas sobreviven en agua hirviendo durante horas, son extremadamente resistentes a desecación, radiación y agentes tóxicos, factores que matarían rápidamente a células en estado vegetativo.
Las esporas protegen su DNA y sus proteínas durante los períodos de latencia mediante mecanismos variados. Algunos de estos mecanismos se derivan de la estructura de la espora (Figura 1) y sirven para proteger componentes del núcleo central de la espora. El núcleo de la espora es realmente la célula durmiente y contiene el DNA y la mayor parte de las proteínas necesarias para que las esporas vuelvan a la vida. Las estructuras de la espora que protegen a los componentes del núcleo son: 1) la capa externa de la espora que bloquea el acceso de enzimas y compuestos tóxicos a las sensibles capas internas y 2) la estructura de la membrana interna que previene la entrada de pequeñas moléculas que pueden dañar el DNA o las proteínas del núcleo.
Además de los efectos protectores de las estructuras de la espora, el núcleo contiene un grupo de proteínas pequeñas solubles en ácido (SASP) que rodean el DNA de la espora y lo protegen del calor, la desecación, químicos tóxicos y radiaciones. Estas proteínas se degradan rápidamente durante los primeros minutos del proceso de germinación de la espora y los aminoácidos que se liberan se utilizan como substrato para la síntesis de nuevas proteínas y como nutrientes para la espora germinada.
Otra propiedad de la espora importante tanto para su resistencia como para su estado de latencia y, como resultado, para su supervivencia a largo plazo, es la baja cantidad de agua presente en el núcleo de la espora. Las bacterias que crecen en agua contienen un 80% de su peso en agua, al igual que las células de nuestro cuerpo. Las capas exteriores de una espora suspendida en agua también contienen altos niveles de agua. Sin embargo, el núcleo de la espora no contiene más que un 25% de su peso en agua. El contenido en agua del núcleo de la espora es tan bajo que las proteínas, siempre en movimiento en las células vegetativas, están inmóviles, básicamente congeladas, en el núcleo de la espora. Este bajo contenido en agua es probablemente la razón principal por la que las esporas están en estado durmiente: las enzimas se inactivan si no tienen suficiente cantidad de agua. El bajo contenido en agua del núcleo de la espora también protege a las proteínas del núcleo frente a la inactivación por exposición tanto a temperaturas elevadas durante corto tiempo como a temperaturas moderadas durante largo tiempo. Es decir, las esporas con menor contenido en agua sobreviven mejor tanto las altas como las bajas temperaturas, que las esporas con mayor contenido en agua. Así, el bajo contenido en agua del núcleo de la espora es un factor esencial para la supervivencia de la espora a largo plazo. Como cabe esperar, en la etapa temprana de la germinación de la espora el contenido en agua del núcleo de la espora aumenta hasta igualarse al de una célula vegetativa para permitir la reanudación de la acción enzimática.
El último factor esencial para la resistencia y superviviencia de la espora es una molécula pequeña llamada ácido dipicolínico (DPA). El DPA sólo existe en las esporas bacterianas y se sintetiza únicamente en las etapas tardías de la esporulación. Esta molécula constituye hasta un 20% del peso seco del núcleo de la espora y se encuentra en forma de quelato con cationes divalentes, principalmente calcio (Ca2+). El DPA protege el DNA de la espora frente a daños causados por radiaciones y junto con SASP, protegen al DNA frente a la desecación. La acumulación de DPA también reduce el contenido en agua del núcleo de la espora, protegiendo así a las proteínas internas contra su inactivación. Sin embargo, DPA es excretado en los primeros minutos del proceso de germinación de la espora.
Además del interés que presentan las esporas por su increíble capacidad para sobrevivir, existen razones prácticas por las que los organismos que producen esporas despiertan nuestro interés. Dada su alta resistencia y amplia distribución en el medioambiente, principalmente en el suelo, las esporas son un problema importante para las industrias de alimentos. Un mal procesamiento de los alimentos puede tener como resultado que las esporas sobrevivan y vuelvan a la vida en el alimento procesado. El crecimiento de bacterias puede causar pérdida del alimento o intoxicaciones alimenticias que, en algunos casos, pueden llegar a ser letales. Además, la elevada resistencia de las esporas de especies del género Bacillus, en particular Bacillus anthracis, y la terrible enfermedad que estas esporas causan (ántrax) convierten a las esporas de esta especie en un potente agente bioterrorista.
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