Halobacterium (abreviatura común Hbt. ) es un género de la familia Halobacteriaceae . [1]
El género Halobacterium ("sal" o "bacteria del océano") consta de varias especies de Archaea con un metabolismo aeróbico que requiere un entorno con una alta concentración de sal ; muchas de sus proteínas no funcionarán en entornos con baja salinidad. Crecen con aminoácidos en sus condiciones aeróbicas. Sus paredes celulares también son bastante diferentes de las de las bacterias , ya que las membranas de lipoproteínas ordinarias fallan en altas concentraciones de sal. En forma, pueden ser bastones o cocos , y en color, rojo o morado. Se reproducen mediante fisión binaria (por constricción) y son móviles . Halobacterium crece mejor en un entorno de 42 °C. El genoma de una especie no especificada de Halobacterium , secuenciado por Shiladitya DasSarma , comprende 2.571.010 pb ( pares de bases ) de ADN compilados en tres cadenas circulares: un cromosoma grande con 2.014.239 pb y dos más pequeños con 191.346 y 365.425 pb. Esta especie, llamada Halobacterium sp. NRC-1, se ha utilizado ampliamente para el análisis posgenómico. Las especies de Halobacterium se pueden encontrar en el Gran Lago Salado , el Mar Muerto , el Lago Magadi y cualquier otra agua con alta concentración de sal. Las especies de Halobacterium púrpura deben su color a la bacteriorrodopsina , una proteína sensible a la luz que proporciona energía química a la célula al usar la luz solar para bombear protones fuera de la célula. El gradiente de protones resultante a través de la membrana celular se utiliza para impulsar la síntesis del portador de energía ATP . Así, cuando estos protones fluyen de nuevo hacia el interior, se utilizan en la síntesis de ATP (este flujo de protones puede ser emulado con una disminución del pH fuera de la célula, provocando un flujo de iones H + ). La proteína bacteriorodopsina es químicamente muy similar al pigmento detector de luz rodopsina, que se encuentra en la retina de los vertebrados .
La taxonomía actualmente aceptada se basa en la Lista de nombres procariotas con relevancia en la nomenclatura (LPSN) [2] y el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI). [3]
El genoma de Halobacterium NRC-1 tiene 2.571.010 pb compilados en tres replicones circulares . Más específicamente, se divide en un cromosoma grande con 2.014.239 pb y dos replicones pequeños pNRC100 (191.346 pb) y pNRC200 (365.425 pb). Si bien son mucho más pequeños que el cromosoma grande, los dos plásmidos representan la mayoría de las 91 secuencias de inserción e incluyen genes para una ADN polimerasa , siete factores de transcripción , genes en la captación de potasio y fosfato y la división celular. Se descubrió que el genoma contiene un alto contenido de G+C en un 67,9% en el cromosoma grande y 57,9% y 59,2% en los dos plásmidos. El genoma también contenía 91 elementos de secuencia de inserción que constituían 12 familias, incluidas 29 en pNRC100, 40 en pNRC200 y 22 en el cromosoma grande. Esto ayuda a explicar la plasticidad genética que se ha observado en Halobacterium . De las arqueas, se considera que las halobacterias están involucradas en la genética más lateral (transferencia de genes entre dominios) y son una prueba de que esta transferencia se lleva a cabo.
Las especies de Halobacterium tienen forma de bastón y están envueltas por una membrana de bicapa lipídica única rodeada por una capa S hecha de la glucoproteína de la superficie celular. Crecen sobre aminoácidos en condiciones aeróbicas. Aunque Halobacterium NRC-1 contiene genes para la degradación de la glucosa, así como genes para enzimas de una vía de oxidación de ácidos grasos, no parece ser capaz de utilizarlos como fuentes de energía. Aunque el citoplasma mantiene un equilibrio osmótico con el entorno hipersalino, la célula mantiene una alta concentración de potasio utilizando muchos transportadores activos.
Muchas especies de Halobacterium poseen orgánulos proteicos llamados vesículas gaseosas.
Las halobacterias se pueden encontrar en lagos muy salinos, como el Gran Lago Salado, el Mar Muerto y el lago Magadi. Las halobacterias se pueden identificar en cuerpos de agua por el pigmento bacteriorrodopsina, que detecta la luz y que no solo proporciona energía química a la arqueona, sino que también le añade un tono rojizo. Se ha observado que la temperatura óptima para el crecimiento es de 37 °C.
Halobacterium puede ser un candidato para una forma de vida presente en Marte. Uno de los problemas asociados con la supervivencia en Marte es la destructiva luz ultravioleta. Estos microorganismos desarrollan una fina capa de sal que puede moderar parte de la luz ultravioleta. El cloruro de sodio es la sal más común y las sales de cloruro son opacas a la luz ultravioleta de onda corta. Su pigmento fotosintético, la bacteriorrodopsina, es en realidad opaco a la luz ultravioleta de longitud de onda más larga (su color rojo). Además, Halobacterium produce pigmentos llamados bacterioruberinas que se cree que protegen a las células del daño de la luz ultravioleta. El obstáculo que deben superar es poder crecer a baja temperatura durante un tiempo presumiblemente corto, cuando un charco de agua podría estar líquido.
Existe potencial para que las especies de Halobacterium se utilicen en la industria alimentaria. [10] Algunos ejemplos de usos pueden incluir la producción de betacaroteno , un pigmento en bacterias halófilas que contribuye a su coloración roja, se utiliza en la industria alimentaria como un colorante alimentario natural. Los halófilos también producen enzimas degradativas como lipasas , amilasas , proteasas y xilanasas que se utilizan en varios métodos de procesamiento de alimentos. Las aplicaciones notables de estas enzimas incluyen mejorar el proceso de fermentación de alimentos salados, mejorar la calidad de la masa para hornear panes y contribuir a la producción de café. [10] [11]
Muchas especies de bacterias halófilas producen exopolisacáridos (EPS) que se utilizan industrialmente como agentes de biorremediación . Muchas bacterias halófilas también liberan biosurfactantes y estos compuestos anfifílicos se han utilizado para la remediación de suelos. Muchos halófilos son altamente tolerantes a los metales pesados, lo que los hace potencialmente útiles en la biorremediación de compuestos xenobióticos y metales pesados que se liberan al medio ambiente a partir de la minería y el enchapado de metales. Los halófilos contribuyen a la biorremediación de contaminantes al convertir los xenobióticos en compuestos menos tóxicos. [11] Se ha demostrado que algunas especies de Halobacterium son efectivas en la biorremediación de contaminantes, incluidos los hidrocarburos alifáticos, como los que se encuentran en el petróleo crudo; e hidrocarburos aromáticos como el ácido 4-hidroxibenzoico , un contaminante en algunas escorrentías industriales de alta salinidad. [ cita requerida ]
Se están estudiando algunas cepas de Halobacterium , incluida Halobacterium salinarum , para aplicaciones médicas de sus mecanismos de resistencia a la radiación. La bacteriouberina es un pigmento carotenoide que se encuentra en Halobacterium y que disminuye la sensibilidad de la bacteria a la radiación γ y a la radiación UV. [12]
Se ha demostrado en estudios de knockout que la ausencia de bacterioruberina aumenta la sensibilidad de la bacteria a los agentes oxidativos que dañan el ADN. El peróxido de hidrógeno, por ejemplo, reacciona con la bacterioruberina, lo que impide la producción de especies reactivas de oxígeno y, por lo tanto, protege a la bacteria al reducir la capacidad oxidativa del agente que daña el ADN. [13]
H. salinarum también exhibe altas concentraciones intracelulares de cloruro de potasio, que también se ha demostrado que confiere resistencia a la radiación. Halobacterium también se está explorando para las aplicaciones farmacéuticas de los compuestos bioactivos que produce, incluidos agentes anticancerígenos, biosurfactantes antimicrobianos y metabolitos antimicrobianos. [12]
Las halobacterias son microorganismos halófilos que actualmente se estudian por sus usos en la investigación científica y la biotecnología. Por ejemplo, la secuenciación genómica de la especie Halobacterium NRC-1 reveló que utilizan una ARN polimerasa II similar a la eucariota y una maquinaria de traducción que están relacionadas con Escherichia coli y otras bacterias Gram-negativas. Además, poseen genes para la replicación, reparación y recombinación del ADN que son similares a los presentes en bacteriófagos, levaduras y bacterias. La capacidad de esta especie de Halobacterium de ser fácilmente cultivada y modificada genéticamente permite que se la utilice como organismo modelo en estudios biológicos. [14] Además, Halobacterium NRC-1 también se ha empleado como un vector potencial para administrar vacunas. En particular, producen vesículas de gas que pueden modificarse genéticamente para mostrar epítopos específicos. Además, las vesículas de gas demuestran la capacidad de funcionar como adyuvantes naturales para ayudar a evocar respuestas inmunes más fuertes. Debido a que las Halobacterias requieren un ambiente con alto contenido de sal, la preparación de estas vesículas de gas es económica y eficiente, y solo se necesita agua del grifo para su aislamiento. [15]
Las halobacterias también contienen una proteína llamada bacteriorrodopsinas , que son bombas de protones impulsadas por la luz que se encuentran en la membrana celular. Aunque la mayoría de las proteínas de los halófilos necesitan altas concentraciones de sal para una estructura y un funcionamiento adecuados, esta proteína ha demostrado tener potencial para ser utilizada con fines biotecnológicos debido a su estabilidad incluso fuera de estos entornos extremos. Las bacteriorrodopsinas aisladas de Halobacterium salinarum se han estudiado especialmente por sus aplicaciones en electrónica y óptica. En particular, las bacteriorrodopsinas se han utilizado en almacenamiento holográfico, conmutación óptica, detección de movimiento y nanotecnología . Aunque se han presentado numerosos usos de esta proteína, todavía no se han establecido aplicaciones comerciales a gran escala en este momento. [16]
La irradiación UV de la cepa NRC-1 de Halobacterium sp. induce varios productos genéticos empleados en la recombinación homóloga . [17] Por ejemplo, un homólogo del gen rad51 / recA , que desempeña un papel clave en la recombinación, es inducido 7 veces por la luz UV. La recombinación homóloga puede rescatar horquillas de replicación estancadas y/o facilitar la reparación recombinatoria del daño del ADN. [17] En su hábitat natural, es probable que la recombinación homóloga sea inducida por la irradiación UV de la luz solar.
Halobacterium volcanii tiene un sistema de apareamiento distintivo en el que los puentes citoplasmáticos entre células parecen usarse para transferir ADN de una célula a otra. [18] En poblaciones silvestres de Halorubrum , el intercambio genético y la recombinación ocurren con frecuencia. [19] Este intercambio puede ser una forma primitiva de interacción sexual, similar a la transformación bacteriana mejor estudiada que también es un proceso para transferir ADN entre células que conduce a la reparación recombinacional homóloga del daño del ADN. [ cita requerida ]
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