Deinococcus radiodurans: la bacteria más radioresistente y su reparación del ADN

Deinococcus radiodurans: descubre cómo la bacteria más radioresistente repara su ADN, sus mecanismos moleculares y su potencial biotecnológico.

Deinococcus radiodurans es una bacteria grampositiva, no móvil y de color rojo debido a pigmentos carotenoides (como la deinoxantina) que contribuyen a su protección frente al daño oxidativo. Se identificó originalmente como un contaminante de la carne enlatada irradiada en 1956, y desde entonces ha llamado la atención por su extraordinaria capacidad para tolerar condiciones extremas.

Características generales

Deinococcus radiodurans posee un genoma multipartito (dos cromosomas circulares y plásmidos) y mantiene múltiples copias de su genoma por célula, lo que facilita la recombinación y la restauración precisa del ADN después de daños extensos. Puede sobrevivir períodos largos de desecación (pérdida de agua) y de la inanición, condiciones que producen roturas y otros daños en el ADN similares a los causados por la radiación. Su tolerancia a la radiación es extraordinaria: es capaz de recuperarse de dosis agudas de radiación ionizante de varios miles de gray (Gy), mucho más altas de las que matarían a la mayoría de los organismos.

Mecanismos de resistencia y reparación del ADN

Deinococcus radiodurans no depende de un único mecanismo, sino de una combinación de estrategias que permiten reparar fragmentos extensos de ADN y limitar el daño oxidativo:

• Reconstrucción por recombinación homóloga y ESDSA: tras sufrir roturas de doble cadena, el organismo usa recombinación homóloga apoyada por un proceso conocido como ESDSA (extended synthesis-dependent strand annealing) que permite ensamblar fragmentos del genoma en la secuencia correcta.
• Proteínas de reparación específicas: proteínas como RecA (imprescindible para la recombinación), PprA (proteína protectora y organizadora del ADN tras roturas), y varias proteínas Ddr (DdrA, DdrB, DdrC) que ayudan en la protección y el reensamblaje de los extremos de ADN.
• Múltiples copias del genoma: la existencia de varias copias cromosómicas proporciona plantillas intactas para la reparación mediante recombinación.
• Sistemas de reparación convencionales mejorados: procesos de reparación por escisión de bases y por escisión de nucleótidos, y machinería para reparar roturas de doble cadena que funcionan de forma muy eficiente en esta especie.

Papel de antioxidantes y metales

Además de la reparación directa del ADN, Deinococcus minimiza la formación de daño oxidativo. Esto incluye:

• Acumulación de complejos ricos en manganeso y bajo contenido de hierro, lo que reduce la formación de radicales libres mediante la reacción de Fenton y protege proteínas críticas frente a la oxidación.
• Enzimas antioxidantes, entre ellas variantes de la superóxido dismutasa dependiente de manganeso (Mn-SOD) y sistemas redox como la tiorredoxina reductasa, que participan en la respuesta celular a las roturas de la doble cadena de ADN y al estrés oxidativo.
• Pigmentos carotenoides (responsables del color rojo) que también contribuyen a la protección frente al estrés oxidativo.

Genética y proteínas clave

D. radiodurans tiene una secuencia genética que codifica para una proteína muy similar a la enzima RecD presente en E. coli. Este hallazgo sugiere que la proteína similar a RecD en Deinococcus forma parte del complejo de reparación por recombinación. Además, la presencia de genes que regulan el manejo de metales, protección de proteínas y sistemas de respuesta al daño contribuyen a su fenotipo extremotolerante.

Ingeniería genética y transferibilidad de la resistencia

Es plausible intentar dotar a otras bacterias de mayor resistencia por transferencia genética, pero hay retos importantes. Un ejemplo experimental es el trabajo de un equipo de investigación de China que trató de insertar una proteína Mn-SOD recombinante de Deinococcus radiodurans en E.coli BL21. Aunque la expresión de una proteína protectora puede aportar cierta mejora, la verdadera dificultad radica en recrear el contexto celular (homeostasis de manganeso, bajas concentraciones de hierro, sistemas de reparación asociados y regulación global) que hace a Deinococcus tan resistente. El equipo señaló que ha "sentado las bases para nuevos estudios y aplicaciones de la Mn-SOD recombinante", pero también subraya la necesidad de enfoques integrados más allá de introducir un solo gen.

Aplicaciones potenciales y consideraciones de bioseguridad

• Bioremediación: uso potencial de cepas resistentes para degradar contaminantes en ambientes radiactivos o en residuos nucleares, donde otros microorganismos no sobreviven.
• Biotecnología: desarrollo de organismos o sistemas enzimáticos más robustos para procesos industriales en condiciones extremas.
• Astrobiología: estudio de la resistencia de la vida a condiciones extremas y implicaciones para la vida en otros planetas o en la supervivencia durante viajes espaciales.
• Bioseguridad y ética: cualquier intento de crear microorganismos con mayor resistencia exige evaluación regulatoria, estudios de riesgo, y medidas de contención para evitar liberaciones accidentales o impactos ecológicos no deseados.

En resumen, Deinococcus radiodurans combina una maquinaria de reparación del ADN altamente eficaz, sistemas antioxidantes y rasgos celulares particulares (como múltiples copias del genoma y manejo de metales) para sobrevivir a daños que resultarían letales para la mayoría de los seres vivos. Estos atributos la convierten en un modelo valioso para la investigación básica y aplicada, aunque la transferencia de su resistencia a otras especies requiere reproducir múltiples componentes celulares y no solo introducir genes aislados.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es el Deinococcus radiodurans?

P: ¿Qué sistemas tiene el Deinococcus radiodurans y de qué puede recuperarse?

P: ¿Cuál es la tolerancia del Deinococcus radiodurans a la radiación?

P: ¿Qué es la tiorredoxina reductasa?

P: ¿Qué es la proteína similar a la RecD en D. radiodurans y qué sugiere?

P: ¿Es posible hacer que otras bacterias sean tan resistentes a la radiación como la D. radiodurans?

P: ¿Cuál es el verdadero reto a la hora de insertar una proteína Mn-SOD recombinante expresiva de D. radiodurans en E.coli BL21?

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