Halomonas titanicae es unaespecie de bacteria halófila y gramnegativa que fue aislada en 2010 de restos recuperados del naufragio del RMS Titanic . [1] Henrietta Mann, una de las investigadoras que la aisló por primera vez, ha estimado que la acción de microbios como H. titanicae puede provocar el deterioro total del Titanic para 2030. [2] Si bien las bacterias han sido identificadas como un peligro potencial para las plataformas petrolíferas y otros objetos artificiales en las profundidades marinas, también tienen el potencial de ser utilizadas en biorremediación para acelerar la descomposición de los naufragios que ensucian el fondo del océano. [3] [4]
Halomonas titanicae es una bacteria gramnegativa, con forma de bastón, que produce flagelos perítricos . Es catalasa y oxidasa positiva. Se ha descubierto que forma biopelículas y algunas cepas son capaces de oxidar tiosulfato, lo que se regula mediante detección de quórum . [5] Es capaz de soportar una alta presión osmótica debido a la producción de moléculas como ectoína , hidroxiectoína, betaína y glicina. [6] [7]
La H. titanicae interviene en la corrosión del acero al reducir el Fe(III) a Fe(II) cuando el oxígeno no está disponible como aceptor de electrones . Sin embargo, cuando se encuentra en condiciones aeróbicas, ayuda a inhibir la corrosión al consumir el oxígeno disuelto. [8] En el caso del Titanic y otros naufragios, la bacteria acelera la corrosión de estas estructuras ya que los niveles de oxígeno disuelto en las profundidades del océano son muy bajos. [9]
La cepa BH1T de H. titanicae es un tipo de bacteria que pertenece a la categoría más amplia de Bacteria , específicamente al filo Proteobacteria y la clase Gammaproteobacteria . En el esquema de clasificación, pertenece a la categoría de Oceanospirillales , específicamente a lafamilia Halomonadaceae y al género Halomonas . [10] Los científicos descubrieron esta bacteria en rusticles recolectados de los restos del RMS Titanic . [10] Compararon su material genético con otras bacterias y encontraron que está estrechamente relacionada (98,6%) con otra bacteria llamada Halomonas neptunia con respecto a una comparación de la secuencia del gen ARNr 16S . [10] La familia comprende diversas bacterias halófilas que se encuentran en ambientes marinos. Las bacterias Halomonas, incluida H. titanicae, prefieren hábitats salados y generalmente no representan una amenaza para otros organismos. [10]
El descubrimiento de la bacteria Halomonas titanicae es el resultado del estudio de los restos del RMS Titanic y de cómo la degradación microbiana influye en la forma del barco hundido. La bacteria fue encontrada por un equipo de investigación, dirigido por la Dra. Henrietta Mann e integrado por científicos de la Universidad de Dalhousie , en Halifax , Canadá , y de la Universidad de Sevilla , en España , y socios internacionales. Estaban interesados en saber qué causó el deterioro del Titanic que se hundió en el Atlántico Norte en 1912. Se descubrió a través del examen de los rusticles, que son estructuras similares a carámbanos como las que se ven en los restos del Titanic. Los rusticles son el resultado del trabajo de las bacterias que ingieren metales ligeros como el hierro en el barco, dejando el óxido como producto de desecho. [10] La tripulación recolectó estos rusticles durante una expedición de buceo a los restos. Hubo más muestras recolectadas de múltiples expediciones al sitio del Titanic después del descubrimiento inicial. Tras algunos análisis microbiológicos y genéticos, pudieron aislar una nueva especie de bacteria.
Para aislar la cepa, una muestra se sembró repetidamente en agar marino Bacto 2216 (Difco). [10] Este método tenía como objetivo obtener un cultivo puro separando colonias bacterianas individuales. La elección del agar marino sugiere una preferencia por bacterias halófilas o halotolerantes , ya que el agar marino normalmente contiene altos niveles de sal adecuados para su crecimiento. [10] El uso de agar marino implica que actuó como un medio selectivo para bacterias halófilas, ya que es conocido por su alto contenido de sal, imitando las condiciones salinas de los ambientes marinos. Por lo tanto, el proceso de aislamiento probablemente favoreció el crecimiento de las bacterias halófilas presentes en las muestras de rusticle . La bacteria fue identificada y nombrada oficialmente en un estudio publicado en 2010 por Sánchez-Porro.
H. titanicae, conocida como una bacteria Gram-negativa que obtiene nutrientes de fuentes orgánicas y prospera en ambientes con abundante oxígeno, exhibe por lo tanto comportamientos heterotróficos en estas condiciones aeróbicas. Muestra una tolerancia moderada a la sal, creciendo mejor en soluciones que contienen entre 0,5% y 25% de NaCl , con un desarrollo ideal en niveles de NaCl entre 2% y 8%. [11] Investigaciones adicionales de Li indican que esta bacteria crece mejor a temperaturas entre 30°C y 37°C y prefiere un pH ligeramente alcalino que va de 7,0 a 7,5. Obtiene energía principalmente de compuestos orgánicos y puede utilizar varias fuentes de carbono como acetato , glucosa , glicerol y lactosa . Además, experimenta metabolismo respiratorio y produce enzimas como catalasa y oxidasa . [10]
El genoma BH1 de H. titanicae muestra genes relacionados con la corrosión de metales. [12] Además, están presentes numerosas metalopeptidasas . También se detectan nitrato reductasas , indicativas de la capacidad de realizar respiración anaeróbica. [12]
H. titanicae se originó a partir de muestras de rusticles provenientes del sitio del Titanic. Los rusticles son estructuras bioconcretas formadas por un consorcio de microorganismos. La bacteria está asociada con hábitats ricos en salinidad, así como con ambientes de aguas profundas. Desempeña un papel en la descomposición de materia orgánica y en los procesos de ciclado de nutrientes en ambientes extremos. Contribuye a la dinámica de la comunidad microbiana del ambiente de aguas profundas. [10]
H. titanicae demuestra una competencia competente en la utilización de tiosulfato , influyendo así en el ciclo del azufre en estos hábitats hostiles. Un examen más detallado de su composición genética, se hace evidente que esta bacteria alberga genes específicos responsables de la oxidación del tiosulfato, en particular las enzimas llamadas TsdA y TsdB. [13] Estas enzimas desempeñan papeles fundamentales en el proceso de oxidación para formar tetrationato , proporcionando una fuente de energía alternativa derivada de compuestos con azufre . [13] Estos activos genéticos apuntan a una adaptación estratégica para H. titanicae , permitiéndole prosperar en medio del entorno químico dinámico de los respiraderos hidrotermales . Además, los signos de posibles redes de comunicación entre microorganismos dentro del genoma apuntan a un marco regulador sofisticado que gobierna la descomposición del tiosulfato. [13] En general, la destreza de oxidación de azufre exhibida por H. titanicae subraya su importancia en la contribución a la biogeoquímica del azufre de los ecosistemas hidrotermales de aguas profundas, acentuando su relevancia ecológica en condiciones duras.
La resiliencia de este microorganismo en ambientes marinos extremos cautiva a los investigadores, particularmente su participación en la degradación de estructuras metálicas sumergidas. La capacidad de H. titanicae de adaptarse a su entorno implica interacciones con factores ambientales, en particular aceptores de electrones como el oxígeno y el hierro . [14] En entornos ricos en oxígeno, H. titanicae emplea un enfoque metabólico que reduce la corrosión modulando la concentración de oxígeno en solución, lo que dificulta los procesos corrosivos . [14] Por el contrario, en entornos sin oxígeno, esta bacteria acelera la corrosión al instigar reacciones químicas que alteran las capas protectoras de las superficies metálicas. [14] H. titanicae ajustó sus procesos metabólicos, utilizando Fe(III) sólido como aceptor de electrones, lo que llevó a su acumulación en la superficie del acero EH40. [14] Este cambio metabólico desencadenó la reducción de Fe(III), lo que provocó que gradualmente la película superficial se degradara con el tiempo y expusiera áreas nuevas, acelerando así el proceso de corrosión. [14] Además, el desarrollo de una película microbiana aumentó el impedimento a la difusión del citrato disódico , lo que potencialmente llevó al agotamiento de carbono entre las bacterias cercanas a la superficie. [14] Como resultado, esta adaptación metabólica facilitó la corrosión localizada al fomentar la utilización de H 2 como donante de electrones dentro del microambiente. [14] Los mecanismos de corrosión observados en H. titanicae subrayan la compleja interacción entre la actividad microbiana y la degradación de metales en los ecosistemas marinos. Obtener conocimientos sobre los matices de su dinámica de corrosión es fundamental para diseñar estrategias efectivas para gestionar y mitigar el daño por corrosión en estructuras submarinas, incluidos artefactos históricamente significativos como el Titanic.
El análisis genómico de H. titanicae proporciona información detallada sobre los mecanismos de adaptación de la bacteria y su supervivencia en ambientes extremos. Los genomas completamente secuenciados de las cepas SOB56 y BH1, cada uno con un cromosoma circular con un contenido de G+C de aproximadamente el 54,6% y más de 4.700 secuencias codificantes , incluyen genes críticos para prosperar en hábitats salinos y ricos en metales. [13] Estas características genómicas resaltan la capacidad de la bacteria para manejar el estrés osmótico y la toxicidad de los metales , cruciales para su existencia en ambientes con alto contenido de sal.
Un examen más detallado revela la singularidad filogenómica de H. titanicae . Esta singularidad se refiere a los rasgos evolutivos distintivos y las adaptaciones genéticas que distinguen a esta bacteria de sus parientes filogenéticos más cercanos. Por ejemplo, son evidentes grupos de genes únicos asociados con la osmorregulación y la resistencia a los metales, y vías especializadas para utilizar sustratos complejos en condiciones salinas. [15] Estos conocimientos genómicos no son solo marcadores de una adaptación robusta, sino que también subrayan las innovaciones evolutivas que permiten a H. titanicae explotar hábitats de nicho caracterizados por estresores abióticos extremos.
El análisis filogenómico arroja luz sobre las vías evolutivas que han permitido a H. titanicae desarrollar tales adaptaciones especializadas, lo que ilustra un contexto evolutivo más amplio dentro del género Halomonas . [15] Al mapear estas firmas genéticas únicas, los investigadores obtienen perspectivas valiosas sobre los mecanismos de supervivencia y adaptación microbiana en entornos hostiles, allanando el camino para aplicaciones innovadoras en biotecnología y gestión ambiental. Estas investigaciones genómicas y filogenómicas detalladas son cruciales para profundizar nuestra comprensión de los extremófilos y aprovechar sus capacidades para aplicaciones industriales y ambientales. [13] [15]
La exploración del potencial de H. titanicae como agente beneficioso en la acuicultura ha surgido de su distintiva adaptabilidad ambiental y capacidades metabólicas. Dada su preferencia por los ambientes salados y su capacidad para soportar diversos factores estresantes, H. titanicae presenta un candidato prometedor para el uso probiótico en la acuicultura . [16] Su robustez en el manejo del estrés osmótico y sus diversas vías metabólicas para utilizar compuestos orgánicos sugieren beneficios potenciales para modular la microbiota intestinal y mejorar la resiliencia y la salud de las especies acuáticas. [16] Los investigadores se han centrado en los tejidos inmunes del intestino, con el objetivo de aumentar la resiliencia de las especies acuáticas contra patógenos dañinos y promover el bienestar general. [16]
Investigaciones posteriores revelan resultados prometedores, como el estudio que demuestra que la incorporación de H. titanicae HT-Tc3 en la dieta del rodaballo mejora significativamente las tasas de crecimiento, la actividad enzimática intestinal y la función inmunológica. [17] Se observaron cambios notables en la composición del microbioma intestinal , incluidos mayores niveles de bacterias comensales beneficiosas , tras la introducción de H. titanicae . [17] También demostró una mayor resistencia a las enfermedades y estableció una presencia prolongada en el intestino, manteniendo sus beneficios probióticos incluso después de la interrupción del uso. [17] Esto resalta su potencial como un activo valioso en las operaciones de acuicultura .
Estos hallazgos contribuyen a la comprensión de la intrincada interacción entre la microbiota intestinal, la inmunidad y la salud del huésped en las especies acuáticas. La investigación en curso subraya la importancia de explorar los complejos mecanismos asociados con los probióticos derivados de H. titanicae , esenciales para optimizar su uso en la acuicultura y, en última instancia, contribuir a una mejor gestión de enfermedades y prácticas acuícolas sostenibles.
El Titanic es un objeto cultural e histórico que contiene relatos de la historia de la humanidad. El deterioro cada vez más rápido del Titanic debido a la H. titanicae y otras bacterias similares aboga por la preservación del patrimonio cultural submarino. Comprender y controlar potencialmente estas bacterias puede ayudar a desarrollar estrategias para proteger y preservar importantes artefactos submarinos.
La biocorrosión influida por bacterias como H. titanicae tiene implicaciones más amplias para diversas industrias, como la del petróleo y el gas. Estas industrias a menudo tienen que lidiar con los desafíos de la degradación de materiales en entornos marinos, lo que genera pérdidas económicas y posibles peligros ambientales. [10] Al estudiar estas bacterias, los investigadores pueden desarrollar nuevos materiales y revestimientos resistentes a la biocorrosión, mejorando así la longevidad y la seguridad de las estructuras y los buques marinos. [10]