En desierto de Atacama y Antártica: estudian organismos que viven en condiciones extremas

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El Instituto de Farmacia UACh investiga la taxonomía, química y propiedades biológicas de organismos que habitan en estas zonas extremas del país.

En el desierto de Atacama viven las arqueas halófilas, microorganismos que podrían tener gran potencial biotecnológico a nivel industrial y en biomedicina.

Mientras que en la Antártica se estudian líquenes para descubrir nuevos compuestos que posean actividad biológica y puedan llegar a ser en el futuro componentes de medicamentos, ya que están evaluando con ellos la actividad de inhibición enzimática de enzimas importantes involucradas en la enfermedad de Alzheimer y Parkinson, entre otras.

¿Qué es un organismo extremófilo? Es la primera pregunta que surge al leer información sobre el trabajo desarrollado por investigadores del Instituto de Farmacia de la Facultad de Ciencias UACh. Los organismos extremófilos son los que viven en condiciones extremas: por ejemplo, el Desierto de Atacama o la Antártica, precisamente lugares donde los científicos estudian la taxonomía, química y propiedades biológicas de algunos de ellos. ¿Para qué? No sólo por la fascinación que provoca el nuevo conocimiento, sino porque podrían ser de gran utilidad para la biotecnología y el tratamiento de enfermedades importantes, sobre todo de adultos mayores.

Dr. Mario Simirgiotis

Es el caso de las arqueas halófilas extremas (haloarchaeas) de lagos salinos del desierto de Atacama, que están siendo estudiadas en un proyecto en colaboración con la Universidad de Antofagasta, la Universidad de Chile y la Católica de Chile. La investigación estuvo a cargo de la Dra. Catherine Lizama del Departamento de Tecnología Médica, de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad de Antofagasta, y el Dr. Mario Simirgiotis, del Instituto de Farmacia, de la Universidad Austral de Chile.

Las arqueas halófilas son microorganismos halófilos extremos, pertenecen al dominio Archaea y al phylum Euryarchaeota. Son en su mayoría aeróbicos y generalmente de pigmentación roja-naranja. Constituyen las comunidades microbianas predominantes en ambientes halófilos extremos -con gran cantidad de sales- y viven en condiciones donde predomina la baja disponibilidad de agua, alta radiación solar, falta de nutrientes y alta fuerza iónica.

Debido a estas adaptaciones, algunos de los metabolitos primarios y secundarios -procesos químicos- producidos por haloarchaeas son de gran interés en biotecnología, explicaron la Dra. Lizama y el Dr. Simirgiotis. “Así, varios biocompuestos como enzimas, carotenoides, PHA / PHB y Halocinas -péptidos o tipo de moléculas similares a las bacteriocinas, que son proteínas o toxinas que inhiben el crecimiento de bacterias similares- han demostrado gran potencial biotecnológico a nivel de industrial y en biomedicina. Se consideran a las haloarchaeas como verdaderas factorías de biocompuestos”, agregaron.

En este estudio, cuatro nuevas cepas de Haloarcula sp. y dos cepas de Halorubrum tebenquichense aisladas de lagos salinos del desierto de Atacama, fueron estudiadas por espectrometría de masas de alta resolución (UHPLC-Q-Orbitrap-MS) y se realizó la determinación del perfil de pigmentos carotenoides y cuantificación de carotenoides. Se demostró la alta capacidad antioxidante de su principal pigmento bacterioruberina y sus derivados.

También se evaluó el efecto de la biomasa sobre la viabilidad celular en líneas celulares de la piel y se determinó la capacidad de inhibición de la enzima colinesterasa (implicada en la enfermedad de Alzheimer y otras neurodegenerativas). En tanto, el cálculo de docking molecular -método utilizado en estos estudios- realizado por Javier Romero Parra de la Universidad de Chile mostró que los carotenoides pueden ejercer su actividad inhibidora encajando en el bolsillo de la enzima por sus mitades, en presencia de dímeros -estructura química- de colinesterasa -tipo de enzima o molécula orgánica-. “Esto es muy importante porque prueba en parte que suplementos dietarios preparados de estos microorganismos pueden ser beneficiosos para la salud, sobre todo para adultos mayores”, comentó el académico UACh.

Estos resultados fueron publicados en la prestigiosa revista ANTIOXIDANTS cuartil Q1, impacto 6,7, financiados por Fondecyt, Chile (Subvención 1180059); VIU18E0145 y Network for Extreme Proyecto de Investigación Ambiental (Proyecto NEXER (ANT1756), Universidad de Antofagasta, Chile; Analysis of Carotenoids in Haloarchaea Species from Atacama Saline Lakes by High Resolution UHPLC-Q-Orbitrap-Mass Spectrometry: Antioxidant Potential and Biological Effect on Cell Viability Catherine Lizama, Javier Romero Parra, Daniel Andrade, Felipe Riveros, Jorge Bórquez, Shakeel Ahmed, Luis Venegas-Salas, Carolina Cabalín and Mario J. Simirgiotis, Antioxidants 2021, 10, 1230. https://doi.org/10.3390/antiox10081230

Líquenes antárticos

Al otro extremo del país, el Instituto de Farmacia está estudiando líquenes antárticos. Mediante la Expedición Científica Antártica de Chile número 57, organizada por el Instituto Antártico Chileno (INACH) y realizada en febrero de 2021 -en medio de la pandemia-, investigadores UACh viajaron a las Islas Shetland del Sur, con el objetivo de recolectar líquenes -especies de carácter simbiótico, entre hongos y algas- para aislar compuestos activos -componentes de medicamentos que poseen actividad biológica-, evaluar la inhibición enzimática -enzimas involucradas en enfermedad de Alzheimer y Parkinson-, su potencial remielinizante y su efecto neuroprotectivo.

El Director del Instituto de Farmacia UACh y del proyecto Dr. Mario Simirgiotis, junto al liquenólogo y doctorando de esta misma casa de estudios, Alfredo José Torres Benítez, permanecieron 16 días aislados en cuarentena en un hotel en la ciudad de Punta Arenas, para trasladarse posteriormente al continente blanco. En el territorio antártico recorrieron la Península Fildes y la Isla Ardley en busca de estos organismos que afloran en la temporada de verano, junto a comunidades de musgos, hepáticas y una especie de planta vascular.

Ambos coincidieron en que la experiencia fue muy fructífera y traen consigo la impresión de la belleza de las montañas, flora y fauna de la zona antártica, así como la amabilidad y calidez del personal técnico y logístico del INACh. También dan testimonio del espíritu de convivencia y paz que se respira con la diversidad de bases científicas y militares asentadas en la Antártica, siendo vecinos de la Base Rusa, que posee una iglesia de madera en un peñón.

Los líquenes fueron clasificados -encontraron 20 especies endémicas, es decir, restringidas a esta área geográfica- y luego extraídos para aislar sus compuestos fenólicos bioactivos, los cuales se están ensayando en inhibición de enzimas involucradas en procesos degenerativos, que pueden ser muy útiles para tratamiento de enfermedades del adulto mayor en Chile.

A su vez, se dictó una charla a los otros investigadores en la base Antártica y se compartió los saberes de cada científico al respecto, donde varios estaban estudiando el efecto del cambio climático sobre la flora y fauna del lugar, lo que es crucial para la vida del planeta.

Como en toda experiencia humana, también hubo anécdotas: explorando el lugar, encontraron una lata de cerveza antigua que supusieron de los años 80 o anterior. “Además, como soy instructor de taekwondo tercer Dan (boosabeom) y secretario de FETACHI, Federacion de Taekwon-do de Chile, participamos por primera vez dictando un tema de meditacion en un curso nacional organizado por la federacion en colaboracion con otros profesores de Taekwon-Do estilo ITF desde la base Antártica, lo que fue una experiencia única por streaming”, recordó el Dr. Mario Simirgiotis.

Volviendo al trabajo científico, estas investigaciones demuestran que, en tiempos de cambio climático, los ambientes extremos tienen muchos secretos por revelar. Además de ampliar la mirada sobre los organismos extremófilos, que son muchísimos más que el famoso tardígrado, que probablemente ha tenido la mayor resonancia en los medios de comunicación internacionales en los últimos años.

Escrito por José Luis Gómez (RRPP UACh)  – Fotografía: Instituto de Farmacia UACh