Durante los años 2017 y 2019, un equipo de investigadores e investigadoras de la Universidad de Chile recorrió distintos puntos de la Península Antártica recolectando muestras de suelo para estudiar las comunidades microbianas que habitan este inhóspito y misterioso rincón del mundo. Pese a las condiciones ambientales extremas, el estudio –publicado en la prestigiosa revista Science of the Total Environment– reveló la enorme diversidad de microorganismos presente en estos suelos. Sin embargo, el asombro de los científicos fue aún mayor al descubrir que muchas de las bacterias encontradas en estas muestras poseen adaptaciones y capacidades sorprendentes, entre ellas, ser altamente resistentes al efecto de múltiples clases de antibióticos y a otras sustancias tóxicas.

El Dr. Andrés Marcoleta, académico de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, quien trabajó en esta investigación junto a la Dra. Rosalba Lagos y la Dra. Macarena Varas, entre otras personas, advierte además que estas capacidades de resistencia podrían ser adquiridas por bacterias patógenas (que causan enfermedades), situación que implicaría serios problemas sanitarios a nivel global. Según explica, parte de estos verdaderos “superpoderes” -desarrollados en el proceso evolutivo para resistir a las condiciones extremas en las que estos microorganismos habitan- están contenidos en “fragmentos móviles” de ADN, lo que permitiría su fácil transferencia a otras bacterias. “Por lo tanto, parece no ser descabellada la idea de que estos genes puedan eventualmente llegar a bacterias que causen infecciones en humanos u otros animales, otorgándoles mayores capacidades de resistencia”, afirma.

De esta forma, sostiene que los “genes de resistencia” podrían fortalecer a otros patógenos con los que entren en contacto y favorecer la proliferación de enfermedades infecciosas a futuro. Además, destaca que “estas bacterias y sus genes no se asociaban a contaminación o intervención humana, sino que eran parte de las comunidades microbianas propias de estos suelos antárticos”, es decir, corresponden a microorganismos autóctonos de esta zona.

El estudio permitió determinar que muchas de las bacterias descubiertas son hiper resistentes a antibióticos y diversas sustancias tóxicas. Parte de estas propiedades están presentes en fragmentos móviles de ADN que podrían ser transferidos a bacterias patógenas.

Pseudomonas y Polaromonas en la mira

El profesor Marcoleta detalla que un grupo de bacterias de especial interés son las Pseudomonas, “conocidas por adaptarse a vivir en muchos ambientes diferentes y presentar una alta resistencia a todo tipo de condiciones extremas y sustancias tóxicas. Algunas de ellas causan infecciones en humanos y son responsables de enfermedades graves, como la fibrosis quística”. El estudio, agrega, “indicó que las Pseudomonas son unos de los grupos predominantes en los suelos de la Península Antártica, y que varias de ellas presentan resistencia a una gran cantidad de antibióticos de diferentes clases. Afortunadamente, todo indica que dichas Pseudomonas antárticas no son patógenas, pero sí podrían actuar como una fuente de genes de resistencia y ser transferidas con relativa facilidad a Pseudomonas patogénicas”.

Por otra parte, señala que un grupo de genes de resistencia especialmente relevantes “son los que permiten a las bacterias producir enzimas que degradan o inactivan ciertos tipos de antibióticos”. El trabajo, en esta línea, permitió identificar en bacterias antárticas del grupo Polaromonas, otro predominante en estos ambientes, enzimas con el potencial de inactivar antibióticos de tipo beta-lactámicos, los cuales son fundamentales para el tratamiento de distintas infecciones. Advierte, asimismo, que este linaje de bacterias ha sido previamente reportado en ambientes polares urbanizados, tales como estaciones del tren subterráneo en Siberia, donde también se encuentran bacterias patógenas acarreadas por las personas que allí transitan. “Esto reafirma que el contacto entre bacterias propias de ambientes polares y bacterias patógenas ya está ocurriendo, lo que podría propiciar el intercambio de información genética entre ellas”, sostiene.

Potencial biotecnológico

El interés del grupo de investigación, señala el Dr. Marcoleta, no es causar alarma, sino transmitir la importancia de estudiar los microorganismos antárticos y sus potenciales impactos sobre el planeta. El conocimiento de estos microorganismos, además, permitiría desarrollar numerosas aplicaciones biotecnológicas para, por ejemplo, adelantarse a posibles riesgos en el ámbito sanitario a futuro. Por lo mismo, sostiene que “conocer detalles sobre los genes de resistencia presentes en la Antártica y otros ambientes con alta diversidad microbiana podría guiar el diseño de posibles nuevos antibióticos que vengan ‘preparados’ para superar dichos mecanismos de resistencia presentes en reservorios de ambientes naturales”.

El equipo también trabajó en otras investigaciones derivadas de este proyecto, en las que evaluaron el potencial biotecnológico de las bacterias del suelo antártico en distintos ámbitos. “Pudimos confirmar las sorprendentes capacidades de algunas cepas bacterianas para la producción de potenciales nuevos antibióticos, la biorremediación de sustancias tóxicas y contaminantes, y la producción sustentable de biopolímeros que puedan servir como sustitutos biodegradables a los plásticos derivados del petróleo”, mencionó el académico como algunas de las nuevas líneas de investigación derivadas de este hallazgo.

El investigador de la U. de Chile destacó que una de las principales limitaciones para estudiar los microorganismos que viven en el ambiente, sobre todo en lugares extremos y remotos, es que una fracción muy minoritaria de ellos pueden ser cultivados en los laboratorios para su estudio. Por ello, comentó, “nuestra investigación se valió también de tecnologías y métodos computacionales de última generación que no requieren del cultivo de microorganismos, sino que se enfocan directamente en el análisis de su ADN, el que puede ser extraído directamente desde el suelo. De esa manera, pudimos estimar la abundancia de los distintos tipos de microorganismos que allí habitan y determinar cuáles de ellos eran los principales portadores de genes de resistencia”. Para llevar a cabo estos análisis, fue muy importante nuestra asociación con el Instituto Milenio “Center for Genome Regulation” (CGR) y la iniciativa “1000 Genomas Chile”, lideradas por el Dr. Miguel Allende Connelly.

El cambio climático a nivel microbiano

Los microorganismos intervienen en prácticamente todos los procesos que ocurren en nuestro planeta y los efectos del derretimiento de los hielos en la Antártica a nivel microbiano deben ser estudiados en múltiples dimensiones, asegura el Dr. Marcoleta. La pandemia del COVID-19, añade, “nos ha dejado como enseñanza que los microorganismos, y en particular los patógenos, pueden causar efectos con alcances a nivel global. En este sentido, cabe preguntarse si el cambio climático podría tener un impacto sobre la ocurrencia de enfermedades infecciosas”, reflexiona.

El trabajo de recolección de muestras en terreno fue desarrollado en los años 2017 y 2019. Durante la última campaña, los investigadores Macarena Varas y Alexis Gaete pudieron secuenciar las muestras en terreno mediante un equipo provisto gracias a la colaboración desarrollada junto al Instituto Milenio Center for Genome Regulation (CGR) y la iniciativa 1000 Genomas Chile.

El deshielo de los polos es una de las consecuencias inmediatas más conocidas del cambio climático, un fenómeno que -entre otros aspectos- expone microorganismos o información genética que permaneció aislada, congelada o enterrada por millones de años a un mayor contacto con humanos, animales y otros organismos. “Ahora sabemos que en los suelos de la Península Antártica, una de las zonas polares más impactadas por el deshielo, habita una gran diversidad de bacterias, y que parte de ellas constituyen una fuente potencial de genes ancestrales que confieren resistencia a antibióticos. En un escenario posible, dichos genes podrían salir de este reservorio y propiciar el surgimiento y proliferación de enfermedades infecciosas”, comenta el investigador de la Universidad de Chile, quien advierte que este contexto de riesgo se sumaría a la crisis de resistencia a los antibióticos, “que nos está dejando sin tratamientos efectivos contra las infecciones bacterianas”.

“Por otra parte, sabemos que existe un tránsito cada vez más frecuente y masivo de personas entre la Península Antártica y el resto del mundo, principalmente a través de Chile. Esto genera potenciales oportunidades de contacto entre microorganismos que colonizan o infectan humanos y aquellos que habitan naturalmente los suelos del continente blanco”, agrega el microbiólogo respecto a las condiciones que podrían significar un mayor riesgo de traspaso de estas propiedades de resistencia.

Desafíos a futuro

La investigación, desarrollada con el apoyo financiero y logístico del Instituto Antártico Chileno (INACH), tendrá continuidad y podrá ser llevada mucho más allá en un nuevo proyecto de investigación de mayor envergadura, el proyecto Anillo mBioClim, financiado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID). En esta nueva iniciativa, el Dr. Marcoleta junto al Dr. Francisco Chávez, otro de los académicos de la Facultad de Ciencias de la U. de Chile que participó en la publicación del artículo, se asociaron con colegas del Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos de la Universidad de Chile y de la Universidad de la Frontera para abordar nuevas aristas sobre el estudio de los microorganismos que habitan los suelos de la Península Antártica, su potencial como fuente de genes de resistencia a antibióticos y de virulencia, y el impacto que tendría el cambio climático sobre estas comunidades microbianas.

“Ahora que sabemos que el suelo antártico es un gran reservorio de potenciales genes de resistencia, algunos aspectos claves que quedan por investigar son las posibles rutas a través de las cuales esos genes podrían ser diseminados a otras bacterias, y si al llegar a las bacterias patógenas estos genes efectivamente les confieren propiedades aumentadas o novedosas de resistencia”, detalla el académico de la Universidad de Chile sobre los desafíos a futuro.

Por otra parte, agrega, “sabemos que no solo los genes de resistencia son importantes para la emergencia de las enfermedades infecciosas, sino también aquellos genes que les permiten a las bacterias ser más exitosas en la infección o causar infecciones más severas. Entonces, es importante determinar si en esta diversidad de bacterias del suelo antártico existe información genética que podría actuar aumentando la virulencia al ser adquirida por bacterias patógenas. Además, es pertinente preguntarse cómo la exposición de nuevos suelos producto del deshielo y su posterior colonización por otros organismos impactaría a estas comunidades microbianas y a la transferencia de información genética. Todos estos aspectos, así como el descubrimiento de nuevos microorganismos y genes únicos de origen antártico, serán investigados en el nuevo proyecto Anillo que está comenzando”.