La criptobiosis o anabiosis es un estado metabólico que se presenta en los organismos extremófilos como respuesta a condiciones ambientales adversas, como la desecación , la congelación y la deficiencia de oxígeno . En el estado criptobiótico, todos los procesos metabólicos mensurables se detienen, lo que impide la reproducción , el desarrollo y la reparación. Cuando las condiciones ambientales vuelven a ser hospitalarias, el organismo volverá a su estado metabólico de vida anterior a la criptobiosis.
La anhidrobiosis es la forma más estudiada de criptobiosis y ocurre en situaciones de desecación extrema . El término anhidrobiosis deriva del griego para "vida sin agua" y se usa más comúnmente para la tolerancia a la desecación observada en ciertos animales invertebrados como rotíferos bdelloideos , tardígrados , camarones de salmuera , nematodos y al menos un insecto, una especie de quironómido ( Polypedilum vanderplanki ). Sin embargo, otras formas de vida exhiben tolerancia a la desecación. Estas incluyen la planta de resurrección Craterostigma plantagineum , [1] la mayoría de las semillas de plantas y muchos microorganismos como la levadura de panadería . [2] Los estudios han demostrado que algunos organismos anhidrobióticos pueden sobrevivir durante décadas, incluso siglos, en estado seco. [3]
Los invertebrados que experimentan anhidrobiosis a menudo se contraen hasta adquirir una forma más pequeña y algunos proceden a formar un azúcar llamado trehalosa . La tolerancia a la desecación en las plantas está asociada con la producción de otro azúcar, la sacarosa . Se cree que estos azúcares protegen al organismo del daño por desecación. [4] En algunas criaturas, como los rotíferos bdeloides, no se ha encontrado trehalosa, lo que ha llevado a los científicos a proponer otros mecanismos de anhidrobiosis, posiblemente involucrando proteínas intrínsecamente desordenadas . [5]
En 2011, se demostró que Caenorhabditis elegans , un nematodo que también es uno de los organismos modelo mejor estudiados, experimenta anhidrobiosis en la etapa de larva de Dauer . [6] Investigaciones posteriores que aprovechan las herramientas genéticas y bioquímicas disponibles para este organismo revelaron que, además de la biosíntesis de trehalosa, un conjunto de otras vías funcionales están involucradas en la anhidrobiosis a nivel molecular. [7] Estos son principalmente mecanismos de defensa contra especies reactivas de oxígeno y xenobióticos , expresión de proteínas de choque térmico y proteínas intrínsecamente desordenadas, así como biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados y poliaminas . Algunos de ellos se conservan entre plantas y animales anhidrobióticos, lo que sugiere que la capacidad anhidrobiótica puede depender de un conjunto de mecanismos comunes. Comprender estos mecanismos en detalle podría permitir la modificación de células, tejidos, órganos o incluso organismos no anhidrobióticos para que puedan conservarse en un estado seco de animación suspendida durante largos períodos de tiempo.
A partir de 2004, se está aplicando una aplicación similar de la anhidrobiosis a las vacunas . En las vacunas, el proceso puede producir una vacuna seca que se reactiva una vez que se inyecta en el cuerpo. En teoría, la tecnología de la vacuna seca podría utilizarse en cualquier vacuna, incluidas las vacunas vivas como la del sarampión. También podría adaptarse potencialmente para permitir la liberación lenta de una vacuna, eliminando la necesidad de refuerzos. Esto propone eliminar la necesidad de refrigerar las vacunas, haciendo así que las vacunas secas estén más ampliamente disponibles en todo el mundo en desarrollo donde la refrigeración, la electricidad y el almacenamiento adecuado son menos accesibles. [8]
Basándose en principios similares, se ha desarrollado la lioconservación como técnica para la conservación de muestras biológicas a temperatura ambiente. [9] [10] La lioconservación es una estrategia biomimética basada en la anhidrobiosis para conservar células a temperatura ambiente. Se ha explorado como una técnica alternativa para la criopreservación . La técnica tiene las ventajas de poder conservar muestras biológicas a temperatura ambiente, sin necesidad de refrigeración o uso de temperaturas criogénicas. [11] [12]
En situaciones de falta de oxígeno (también conocidas como anoxia), muchos criptobiontes (como M. tardigradum ) absorben agua y se vuelven turgentes e inmóviles, pero pueden sobrevivir durante períodos prolongados de tiempo. Algunos vertebrados ectotérmicos y algunos invertebrados, como los camarones de salmuera , [13] copépodos , [14] nematodos, [15] y gémulas de esponja , [16] son capaces de sobrevivir en un estado aparentemente inactivo durante condiciones anóxicas durante meses a décadas.
Los estudios de la actividad metabólica de estos organismos inactivos durante la anoxia han sido en su mayoría inconcluyentes. Esto se debe a que es difícil medir grados muy pequeños de actividad metabólica de manera lo suficientemente confiable como para probar un estado criptobiótico en lugar de una depresión de la tasa metabólica (MRD) común. Muchos expertos son escépticos sobre la viabilidad biológica de la anoxibiosis, ya que el organismo está logrando evitar daños a sus estructuras celulares por la energía libre negativa ambiental, a pesar de estar rodeado de abundante agua y energía térmica y sin usar ninguna energía libre propia. Sin embargo, existe evidencia de que la proteína p26 inducida por estrés puede actuar como una proteína chaperona que no requiere energía en embriones quísticos de Artemia franciscana ( mono marino ), y lo más probable es que una vía de polinucleótidos de guanina extremadamente especializada y lenta continúe proporcionando energía libre metabólica a los embriones de A. franciscana durante condiciones anóxicas. Parece que A. franciscana se acerca, pero no alcanza, la verdadera anoxibiosis. [17]
La quimiobiosis es la respuesta criptobiótica a niveles elevados de toxinas ambientales. Se ha observado en tardígrados . [18]
La criobiosis es una forma de criptobiosis que se produce como reacción a la disminución de la temperatura . La criobiosis comienza cuando el agua que rodea las células del organismo se ha congelado. Detener la movilidad de las moléculas permite al organismo soportar las temperaturas gélidas hasta que vuelvan las condiciones más favorables. Los organismos capaces de soportar estas condiciones suelen presentar moléculas que facilitan la congelación del agua en lugares preferenciales y, al mismo tiempo, impiden el crecimiento de grandes cristales de hielo que, de otro modo, podrían dañar las células. [ cita requerida ] Uno de estos organismos es la langosta . [ 19 ]
La osmobiosis es el tipo de criptobiosis menos estudiado de todos. La osmobiosis se produce como respuesta a un aumento de la concentración de solutos en la solución en la que vive el organismo. Se sabe poco con certeza, excepto que la osmobiosis parece implicar un cese del metabolismo. [18]
El camarón de salmuera Artemia salina , que se puede encontrar en las cuencas de Makgadikgadi en Botswana , [20] sobrevive durante la estación seca cuando el agua de las cuencas se evapora, dejando un lecho de lago prácticamente desecado.
El tardígrado , u oso de agua, puede sufrir los cinco tipos de criptobiosis. Mientras se encuentra en estado criptobiótico, su metabolismo se reduce a menos del 0,01 % de lo normal y su contenido de agua puede descender al 1 % de lo normal. [21] Puede soportar temperaturas extremas , radiación y presión mientras se encuentra en estado criptobiótico. [22]
Algunos nematodos y rotíferos también pueden sufrir criptobiosis. [23]
