La bioprecipitación es el concepto de las bacterias que producen lluvia y fue propuesto por David Sands de la Universidad Estatal de Montana en la década de 1970. [1] Se trata de una precipitación que es beneficiosa para el crecimiento microbiano y vegetal, es un ciclo de retroalimentación que comienza con las plantas terrestres que generan pequeñas partículas transportadas por el aire llamadas aerosoles que contienen microorganismos que influyen en la formación de nubes por sus propiedades de nucleación de hielo. [2] La formación de hielo en las nubes es necesaria para la nieve y la mayoría de las precipitaciones . Las partículas de polvo y hollín pueden servir como núcleos de hielo , pero los núcleos de hielo biológicos son capaces de catalizar la congelación a temperaturas mucho más cálidas. [3] Las bacterias nucleadoras de hielo conocidas actualmente son en su mayoría patógenos de plantas . Investigaciones recientes sugieren que las bacterias pueden estar presentes en las nubes como parte de un proceso evolucionado de dispersión . [4]
Las proteínas nucleadoras de hielo derivadas de bacterias nucleadoras de hielo se utilizan para fabricar nieve . Se descubrió que una relación simbiótica entre bacterias reductoras de sulfato , reductoras de plomo, oxidantes de azufre y desnitrificantes es responsable de la biotransformación y la bioprecipitación. [5]
La mayoría de las bacterias nucleadoras de hielo conocidas son patógenos vegetales. Estos patógenos pueden causar daños por congelación en las plantas. Solo en los Estados Unidos , se ha estimado que las heladas son responsables de aproximadamente mil millones de dólares en daños a los cultivos cada año. La variante ice-minus de P. syringae es un mutante , que carece del gen responsable de la producción de proteína de superficie nucleadora de hielo . Esta falta de proteína de superficie proporciona un entorno menos favorable para la formación de hielo. Ambas cepas de P. syringae ocurren de forma natural, pero la tecnología de ADN recombinante ha permitido la eliminación o alteración sintética de genes específicos, lo que permite la creación de la cepa ice-minus. La introducción de una cepa ice-minus de P. syringae en la superficie de las plantas generaría competencia entre las cepas. Si la cepa ice-minus ganara, el nucleato de hielo proporcionado por P. syringae ya no estaría presente, lo que reduciría el nivel de desarrollo de escarcha en las superficies de las plantas a la temperatura normal de congelación del agua (0 °C).
Las bacterias presentes en las nubes pueden haber evolucionado para utilizar la lluvia como medio de dispersarse en el medio ambiente. Las bacterias se encuentran en la nieve, los suelos y las plántulas en lugares como la Antártida , el territorio del Yukón en Canadá y los Alpes franceses , según Brent Christner, un microbiólogo de la Universidad Estatal de Luisiana . Se ha sugerido que las bacterias son parte de un ciclo de retroalimentación constante entre los ecosistemas terrestres y las nubes. Según Christine, estas bacterias pueden depender de la lluvia para propagarse a nuevos hábitats , de la misma manera que las plantas dependen de los granos de polen arrastrados por el viento , que posiblemente podrían ser un elemento clave del ciclo de vida bacteriano. [4]
Se sabe que ciertas especies de bacterias y hongos actúan como eficientes núcleos biológicos de hielo a temperaturas entre -10 y 0 °C. [6] Sin agentes nucleares de hielo, para congelar el agua la temperatura tiene que ser al menos de -40 °C. Pero las bacterias nucleadoras de hielo pueden congelarse a -1 °C en lugar de -40 °C. Incluso después de la muerte de las bacterias, las glicoproteínas continúan la cristalización del hielo. Lo hacen imitando el hielo en el sitio de los sitios de nucleación de hielo, que actúa como una plantilla para la formación de la red de hielo. [7] Muchas estaciones de esquí utilizan una preparación liofilizada disponible comercialmente de proteínas nucleadoras de hielo derivadas de la especie bacteriana Pseudomonas syringae para fabricar nieve en un cañón de nieve. [8] Pseudomonas syringae es un patógeno vegetal bien estudiado que puede infectar a las plantas, lo que provoca pérdidas. Estudiar este patógeno puede ayudarnos a comprender el sistema inmunológico de las plantas. [9]