Bacterias y medio ambiente: una simbiosis necesaria

El mundo está rodeado de microorganismos y, por ende, de bacterias. Cientos de miles de ellas, incluso millones, ocupan todos y cada uno de los entornos. El suelo, el agua, las superficies inertes y también las vivas, contienen bacterias. Todas ellas forman parte de lo que se conoce como microbiota, o conjunto de microorganismos que se encuentra habitualmente formando parte de un ecosistema. Pero no solo son capaces de quedarse ahí donde se les espera, también pueden desplazarse a través del flujo de agua, el aire, otros organismos que lo vehiculizan, y pasar de unos lugares a otros. No son siempre las mismas especies, ni están en el mismo número. Y muchas de ellas forman estructuras resistentes (endosporas) que les permiten avanzar miles de kilómetros, haciendo frente a ambientes adversos como radiaciones o temperaturas extremas, sin perder su viabilidad

Nómadas y residentes

Algunas bacterias están solo de paso en un determinado ambiente. Otras encuentran ahí las condiciones adecuadas y permanecen un periodo de tiempo mayor, pero en constante recambio. Indudablemente, conviven con nosotros y con el resto de los seres vivos, en equilibrio. Su presencia, desconocida e invisible hasta hace relativamente pocos años, nos proporciona la posibilidad de vivir la vida tal y como la conocemos.

Los seres vivos no vivimos en ambientes estériles, es más, como dijo Martinus Wilhelm Beijerinck, «todo está en todas partes; el entorno selecciona». Prácticamente, no hay lugar en el planeta en el que no haya microorganismos. Incluso lugares en los que sería impensable la vida tal y como la conocemos, encontramos microorganismos extremófilos. Todo está lleno de seres vivos, y otros no tan vivos, como los virus, aunque no seamos capaces de verlos a simple vista.

Su presencia puede ser vital, de forma que a lo largo de la historia han surgido importantes reflexiones sobre qué sería de nosotros sin ellos. Como dijo Louis Pasteur, «la vida no sería posible por mucho tiempo en ausencia de microbios». Sobre esta famosa frase reflexionó Jack Gilbert, profesor en la Universidad de Chicago, investigador reconocido por sus estudios sobre microbiota ambiental, en un artículo publicado en 2014. Gilbert plantea cómo de necesarios son los microorganismos para la presencia de otros seres vivos en el planeta, entre ellos, el ser humano. Y este hecho es de relevancia porque durante años el conocimiento acerca de las bacterias se ha centrado en aquellas que producen daños o patologías, a nosotros y/o a otros organismos que nos rodean. 

Pero en las últimas décadas, con el desarrollo de las tecnologías de secuenciación masiva capaces de detectar el ADN de bacterias, cuya presencia en una determinada muestra era casi imperceptible por otros métodos, ha permitido cambiar nuestra visión del mundo bacteriano que nos rodea hasta límites que no dejan de asombrarnos. Gracias a estos avances tecnológicos, y al abaratamiento del coste de estos análisis, conocemos cada vez más y mejor a las bacterias que tenemos alrededor. Por eso, hoy en día estamos empezando a darnos cuenta de todas las que son, dónde están y cómo de relevantes son en nuestra vida. El impulso de numerosos proyectos ha permitido seguir avanzando en el conocimiento de la biodiversidad bacteriana que nos rodea, como es el caso del Earth Microbiome Project y Home Microbiome Study.

Incluso con todos los datos con los que contamos hoy en día, sería complicado dar valores en cuanto a cantidad de bacterias presentes en un determinado lugar. Por dar una cifra aproximada, se calcula que por cada gramo de tierra existen 10⁶-10⁷ bacterias, valores que pueden variar notablemente en función de las características del suelo y su cantidad en agua y nutrientes.

Las actividades de las bacterias sobre el medioambiente pueden tener consecuencias y, según si estas provocan un perjuicio o un beneficio sobre el ser humano o el medioambiente, surgen términos como biodegradación, biodeterioro y biorremediación. En todas ellas, los protagonistas son seres vivos. Las bacterias no son organismos conscientes que dirigen sus procesos para hacer una cosa u otra. Debido a sus procesos metabólicos, hay actividades que pueden tener un efecto positivo o negativo sobre algo que interesa al ser humano. 

La biodegradación es la descomposición de un sustrato en elementos más simples, por acción de los microorganismos. Su presencia en la tierra es vital para el reciclaje de los elementos que son necesarios para la supervivencia celular. Estos procesos de circulación de elementos y materia forman parte de lo que llamamos ciclos biogeoquímicos. Sin bacterias, este reciclaje de elementos se reduciría. Elementos para nuestras estructuras celulares como el nitrógeno, el fósforo, el carbono o el azufre no estarían disponibles en cantidad suficiente. Sin la acción de las bacterias y su contribución a la hora de fijación, o liberación de los elementos, estos no estarían disponibles en cantidad suficiente para la totalidad de los organismos.

Tanatomicrobiota

La acumulación de residuos también sería un problema. En un mundo sin bacterias, solo nos quedarían unos pocos organismos capaces de descomponerlo todo, como algunos insectos, protozoos, mohos u hongos; pero nada sería lo mismo sin la presencia de las bacterias, y más en condiciones de escasez o ausencia de oxígeno. También tienen un papel vital en la descomposición de cadáveres. Hoy en día podemos hablar incluso de la tanatomicrobiota, que se centra en el estudio de la composición y proliferación de las bacterias que contiene nuestro cuerpo cuando todas nuestras funciones vitales dejan de funcionar. En ese momento, su expansión y avance no se ve frenado por la presencia del sistema inmunitario del hospedador. El ser humano, intentando sacarle provecho a este conocimiento, está buscando biomarcadores bacterianos en la tanatomicrobiota, con objeto de poder descubrir con exactitud la hora de fallecimiento. Esta información es de vital importancia en casos de muertes no naturales, sobre todo antes de las primeras 48 horas después del suceso, ya los indicadores actuales no pueden proporcionar esa información de forma fiable.

Sin embargo, tenemos mucho más que agradecerles puesto que las bacterias también son capaces de retornar un ambiente contaminado a su estado de equilibrio, proceso que se conoce como biorremediación. Un ejemplo claro lo tenemos con el desastre del petrolero Prestige, que se hundió a finales de 2002 cerca de las costas gallegas liberando parte de su contenido de crudo y provocando uno de los mayores desastres ecológicos de la historia de España. Un problema medioambiental gravísimo que se solventó gracias a la ayuda de voluntarios, expertos de distintas áreas del conocimiento… y también de las bacterias. Como Pseudomonas putida, capaz de usar como fuente de carbono y energía los componentes del petróleo. Estas estrategias se han utilizado en otros desastres ecológicos y han impulsado la biorremediación o descontaminación de ambientes con el uso de bacterias, o simplemente usando una parte de ellas. 

Este avance ha permitido saber que estas bacterias también son capaces de eliminar el 99 % de los hidrocarburos que entran vía atmosférica y se depositan en la superficie de los océanos. Esa retirada de productos contaminantes puede deberse a que las células microbianas lo utilicen, o a que poseen enzimas capaces de modificarlos químicamente, dando lugar a otros productos menos tóxicos o a sustratos para el metabolismo de otros organismos. 

Un caso muy llamativo, y sobre el que están surgiendo numerosas investigaciones, es el de la descontaminación de aguas que están en contacto con sustancias radioactivas. Esas sustancias pueden tener formas solubles en el agua, por lo que la retirada se hace prácticamente imposible. Aunque la vida en esos ambientes ha sido siempre descartada, recientemente se ha descubierto que hay bacterias capaces de sobrevivir en presencia de esos elementos. Por ejemplo, Geobacter sulfurreducens es capaz de producir una biopelícula que protege a las células de la toxicidad del uranio porque lo inmoviliza, y también puede reducirlo y dar lugar a formas insolubles de este elemento. Esta insolubilización también la consiguen otras bacterias de forma indirecta, disminuyendo el pH del ambiente que les rodea. Una vez que el uranio en forma insoluble precipita, se puede retirar junto con el resto de los residuos sólidos.

Bacterias trabajadoras

Esa capacidad de depuración y descontaminar es la que se realiza en el tratamiento de aguas residuales desde aproximadamente principios del siglo XIX. Estas aguas sucias, negras o grises, cargadas de mayor o menor cantidad de materia orgánica, pasan por una serie de biofiltros conformados por bacterias. Estas bacterias usan esos desechos como nutrientes dejando cada vez el agua más libre de residuos. Dependiendo del número de tratamientos, el agua se va clarificando y descontaminando hasta que es apta para su vertido al medio natural (tratamientos secundarios y terciarios). Si el agua va a tener otros usos, se añaden otros tratamientos, donde actúan factores físicos y químicos para la eliminación de posibles microorganismos patógenos. 

Las facultades de los biofiltros también se usa a pequeña escala en el filtrado de peceras y acuarios, para mantener el agua con baja cantidad de sustancias orgánicas e inorgánicas perjudiciales para los organismos sin necesidad de recurrir a otros procesos. Las bacterias también son útiles para la obtención de productos de la minería. Este proceso se conoce como lixiviadores microbianos y permiten recuperar elementos de gran valor comercial, como el cobre o el oro, en formas químicas que hacen su recuperación más sencilla.

La presencia de microorganismos en ciertos ambientes también puede tener un efecto indeseable en el ser humano. El biodeterioro se refiere al hecho de estropear, dañar o degradar un ambiente, o estructura, como resultado de sus procesos metabólicos. Casos muy llamativos son la producción de biopelículas, que aumentan en grosor pudiendo atorar tuberías y circuitos. Estas biopelículas son estructuras producidas por y para bacterias, y resultan una malla impermeable a la mayor parte de procesos físicos, químicos y biológicos que puedan destruirlas.

El biodeterioro también hace referencia a los procesos de corrosión mediados por la acción bacteriana en metales poco expuestos al aire (generalmente, estructuras sumergidas). Esto suponen miles de millones de euros de pérdidas por la destrucción de infraestructuras. Pero los metales no son el único material susceptible de deteriorarse. También ocurre en otros como la piedra y el hormigón, ya que su porosidad, rugosidad y características intrínsecas hacen que las bacterias constituyan comunidades diversas en las mismas, pudiendo colonizar varios milímetros o más, dado que van ensanchando los espacios y poros.

Hay grupos de investigación que se dedican a la recuperación de ese material biodegradado de interés arquitectónico, utilizando técnicas de biorremediación. Por ejemplo, la Universidad de Granada, pionera en este tipo de estudios, ha utilizado comunidades indígenas de bacterias capaces de producir biocementos. Estas bacterias se inoculan posteriormente en las fachadas de edificios antiguos y/o deteriorados y ha resultado ser muy prometedor, generando este material que le confiere una estructura consolidada.

Eugenio M. Fernández Aguilar

Por tanto, aunque podamos pensar que las bacterias a veces nos complican la vida, y mucho, es indudable que son mayores los beneficios que nos proporcionan. Como planteaba el investigador J. Gilbert, quizás la ausencia de bacterias en el medio ambiente no provoque la desaparición de todas las formas de vida en el planeta, pero sí de la nuestra, la vida del ser humano, y la de la mayoría de los organismos que conocemos.

Tal vez, no fuera de forma inmediata, porque gracias a la ciencia y la tecnología, nos hemos dotado de herramientas artificiales que compensan los procesos bacterianos en ausencia de estos. Pero indudablemente, tendríamos los días contados, porque nuestra vida, como ya anticipó Pasteur, está íntima e irremediablemente vinculada a la presencia de bacterias.