Los hongos radiotróficos son hongos que pueden realizar el hipotético proceso biológico llamado radiosíntesis , que consiste en utilizar la radiación ionizante como fuente de energía para impulsar el metabolismo. Se ha afirmado que se han encontrado hongos radiotróficos en entornos extremos, como en la central nuclear de Chernóbil .
La mayoría de los hongos radiotróficos utilizan melanina de alguna manera para sobrevivir. [1] El proceso de utilizar radiación y melanina para obtener energía se ha denominado radiosíntesis y se cree que es análogo a la respiración anaeróbica . [2] Sin embargo, no se sabe si los procesos de varios pasos como la fotosíntesis o la quimiosíntesis se utilizan en la radiosíntesis o incluso si la radiosíntesis existe en los organismos vivos.
Se han aislado muchos hongos de la zona que rodea la destruida central nuclear de Chernóbil , algunos de los cuales han sido observados dirigiendo el crecimiento de sus hifas hacia el grafito radiactivo del desastre, un fenómeno llamado “radiotropismo”. [3] [4] El estudio ha descartado la presencia de carbono como recurso que atrae a las colonias de hongos, y de hecho ha concluido que algunos hongos crecerán preferentemente en la dirección de la fuente de radiación ionizante beta y gamma, pero no pudieron identificar el mecanismo biológico detrás de este efecto. [4] También se ha observado que se descubrieron otros hongos ricos en melanina en el agua de refrigeración de algunos otros reactores nucleares en funcionamiento. El compuesto absorbente de luz en las membranas celulares de los hongos tuvo el efecto de volver el agua negra. [5] Si bien hay muchos casos de extremófilos (organismos que pueden vivir en condiciones severas como las de la central nuclear radiactiva), un hongo radiotrófico hipotético crecería debido a la radiación, en lugar de a pesar de ella. [6]
Investigaciones posteriores realizadas en el Albert Einstein College of Medicine mostraron que tres hongos que contienen melanina ( Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis y Cryptococcus neoformans) aumentaron su biomasa y acumularon acetato más rápido en un entorno en el que el nivel de radiación era 500 veces mayor que en el entorno normal. Se eligió C. sphaerospermum en particular debido a que esta especie se encontró en el reactor de Chernóbil. La exposición de células de C. neoformans a estos niveles de radiación rápidamente (dentro de los 20 a 40 minutos posteriores a la exposición) alteró las propiedades químicas de su melanina y aumentó las tasas de transferencia de electrones mediadas por melanina (medidas como reducción de ferricianuro por NADH ) de tres a cuatro veces en comparación con las células no expuestas. Sin embargo, cada cultivo se realizó con al menos nutrientes limitados proporcionados a cada hongo. El aumento de la biomasa y otros efectos podrían ser causados ya sea por las células que obtienen energía directamente de la radiación ionizante, o por la radiación que permite a las células utilizar los nutrientes tradicionales de manera más eficiente o más rápida. [6]
Además de los estudios con hongos, los autores observaron efectos similares en la capacidad de transporte de electrones de la melanina después de la exposición a radiación no ionizante . Los autores no concluyeron si la radiación luminosa o térmica tendría un efecto similar en las células fúngicas vivas. [6]
Las melaninas son una antigua familia de pigmentos de color oscuro, que se encuentran en la naturaleza y que poseen propiedades de protección contra la radiación. Estos pigmentos pueden absorber la radiación electromagnética debido a su color oscuro y a sus altos pesos moleculares; esta cualidad sugiere que la melanina podría ayudar a proteger a los hongos radiotrópicos de la radiación ionizante. Se ha sugerido que las propiedades de protección contra la radiación de la melanina se deben a su capacidad para atrapar radicales libres formados durante la radiólisis del agua. [7] La producción de melanina también es ventajosa para el hongo, ya que puede ayudar a sobrevivir en muchos entornos extremos. Algunos ejemplos de estos entornos incluyen la central nuclear de Chernóbil , la Estación Espacial Internacional y las Montañas Transantárticas . La melanina también puede ayudar al hongo a metabolizar la radiación , pero aún se necesitan más pruebas e investigaciones. [1]
La melanización puede tener algún costo metabólico para las células fúngicas. En ausencia de radiación, algunos hongos no melanizados (que habían sido mutados en la vía de la melanina) crecieron más rápido que sus contrapartes melanizadas. Se ha sugerido que la absorción limitada de nutrientes debido a las moléculas de melanina en la pared celular fúngica o los intermediarios tóxicos formados en la biosíntesis de melanina contribuyen a este fenómeno. [6] Es consistente con la observación de que a pesar de ser capaces de producir melanina, muchos hongos no sintetizan melanina constitutivamente (es decir, todo el tiempo), sino a menudo solo en respuesta a estímulos externos o en diferentes etapas de su desarrollo. [8] Se desconocen los procesos bioquímicos exactos en la síntesis basada en melanina sugerida de compuestos orgánicos u otros metabolitos para el crecimiento fúngico, incluidos los intermediarios químicos (como las moléculas donadoras y aceptoras de electrones nativas) en la célula fúngica y la ubicación y los productos químicos de este proceso.
Se plantea la hipótesis de que los hongos radiotróficos podrían potencialmente usarse como escudo para protegerse contra la radiación , [2] específicamente en relación con el uso de astronautas en el espacio u otras atmósferas. Se llevó a cabo un experimento en la Estación Espacial Internacional entre diciembre de 2018 y enero de 2019 para probar si el uso de hongos radiotróficos podría ayudar en la protección contra la radiación ionizante en el espacio, como parte de los esfuerzos de investigación previos a un posible viaje a Marte . Este experimento utilizó la cepa radiotrófica de los hongos Cladosporium sphaerospermum . [2] El crecimiento de este hongo y su capacidad para desviar los efectos de la radiación ionizante se estudiaron durante 30 días a bordo de la Estación Espacial Internacional . Este ensayo experimental arrojó resultados muy prometedores.
Se encontró que la cantidad de radiación desviada tenía una correlación directa con la cantidad de hongos. No hubo diferencia en la reducción de la radiación ionizante entre el grupo experimental y el de control dentro del primer período de 24 horas; sin embargo, una vez que los hongos radiotróficos alcanzaron una maduración adecuada, y con un radio de protección de 180°, se encontró que las cantidades de radiación ionizante se redujeron significativamente en comparación con el grupo de control. Con un escudo de 1,7 mm de espesor de Cladosporium sphaerospermum radiotrófico melanizado , se encontró que las mediciones de radiación cerca del final del ensayo experimental eran un 2,42% más bajas, lo que demuestra capacidades de desviación de radiación cinco veces mayores que las del grupo de control. En circunstancias en las que los hongos abarcarían completamente una entidad, los niveles de radiación se reducirían en un estimado de 4,34 ± 0,7%. [2] Las estimaciones indican que aproximadamente una capa de 21 cm de espesor podría desviar significativamente la cantidad anual de radiación recibida en la superficie de Marte . Las limitaciones al uso de un escudo basado en hongos radiotróficos incluyen una mayor masa en las misiones. Sin embargo, como sustituto viable para reducir la masa total en posibles misiones a Marte , se podría utilizar una mezcla con una concentración molar igual de suelo marciano , melanina y una capa de hongos de aproximadamente 9 cm de espesor. [2]
