Microorganismos
Microorganismos
sobrevivientes
sobrevivientes
,
,
asociados
asociados
a
a
las
las
naves
naves
espaciales
espaciales
,
,
bajo
bajo
simulacion
simulacion
de
de
radiaci
radiaci
ó
ó
n
n
UV de
UV de
Marte
Marte
Lorraine D. Rodríguez Curso Biol 4909:
Kasthuri
Kasthuri
Venkateswaran
Venkateswaran
Experiencia Investigativa y ProfesionalExperiencia Investigativa y Profesional
19981998-- PresidentePresidente del Biotechnology Planetary del Biotechnology Planetary
Protection Group, Jet Propulsion Laboratory Protection Group, Jet Propulsion Laboratory
TrabajTrabajóó en Mars Exploration Technology en Mars Exploration Technology (MET)
(MET) encargadoencargado de la de la limpiezalimpieza esterilizaciesterilizacióónn y
y validacivalidacióónn de de loslos componentescomponentes de de laslas naves naves espaciales
espaciales..
MonitoreoMonitoreo MicrobianoMicrobiano en la en la EstaciEstacióónn Espacial
Espacial InternacionalInternacional del del aguaagua potable y potable y laslas facilidades
facilidades de de ensamblajeensamblaje de de laslas nave nave espaciales
Kasthuri
Kasthuri
Venkateswaran
Venkateswaran
1998 1998 --1999 1999 Senior ScientistSenior Scientist, ,
Astrobiolog
Astrobiologííaa, , JetJet Propulsion LaboratoryPropulsion Laboratory..
Interface con Interface con astrobiologastrobiologííaa del JPL del JPL
y
y gruposgrupos de de BiotecnologBiotecnologííaa & & Protecci
Proteccióónn PlanetariaPlanetaria..
1990 1990 –– 1993 1993 Senior ScientistSenior Scientist, , InstitutoInstituto de de
Biotecnolog
Biotecnologíaía Marina. MinistroMarina. Ministro de de Comercio
Comercio e e IndustriaIndustria en en JapJapóónn..
1986 1986 –– 1990 Universidad de Hiroshima, 1990 Universidad de Hiroshima,
Jap
Japóónn. .
1977 1977 -- 1981 Universidad de 1981 Universidad de AnnamalaiAnnamalai, ,
India. India.
Experiencia
Experiencia
en la
en la
Ense
Ense
ñ
ñ
anza
anza
Cursos
Cursos
subgraduados
subgraduados
y
y
graduados
graduados
que
que
ha
ha
ofrecido
ofrecido
:
:
MicrobiologMicrobiologííaa, , EcologEcologííaa MicrobianaMicrobiana, , MicrobiologMicrobiologííaa
de
de alimentosalimentos y y MicrobiologMicrobiologíaía AmbientalAmbiental
Mentor y supervisor de
Mentor y supervisor de
estudiantes
estudiantes
graduados
graduados
.
.
California Institute of Technology SURF,
California Institute of Technology SURF,
MURF,
Intereses
Intereses
de
de
Investigaci
Investigaci
ó
ó
n
n
Detecci
Detecci
ó
ó
n
n
Microbiana
Microbiana
Microbiolog
Microbiolog
í
í
a
a
de
de
alimentos
alimentos
Diversidad
Diversidad
Molecular
Molecular
Microbiana
Microbiana
Diversidad
Diversidad
endosporas
endosporas
¿¿ QuQuéé es una es una endosporaendospora??
Las bacterias Las bacterias gram-gram-positivas pueden formar una estructura especial positivas pueden formar una estructura especial
resistente llamada
resistente llamada endosporaendospora..
Estas estructuras son extraordinariamente resistentes a estrEstas estructuras son extraordinariamente resistentes a estréés en el s en el
ambiente como calor, radiaci
ambiente como calor, radiación UV, desecación UV, desecacióón y limitación y limitación de n de nutrientes.
nutrientes.
Se desarrollan dentro de cSe desarrollan dentro de células élulas vegetativasvegetativas. .
Los gLos géneros involucrados éneros involucrados BacillusBacillus y Clostridiumy Clostridium (bacilos), (bacilos),
Sporosarcina
Sporosarcina (cocos).(cocos).
Las Las endosporasendosporas se pueden formar en horas de una forma muy se pueden formar en horas de una forma muy
organizada. organizada.
Las Las endosporasendosporas son impermeables a la mayoríson impermeables a la mayoría de los tintes:a de los tintes:
Metileno azul (centro no tiñMetileno azul (centro no tiñe).e).
SchaefferSchaeffer--FultonFulton (verde de malaquita para la (verde de malaquita para la endosporaendospora y y
safranina
Partes
Partes
de la
de la
endospora
endospora
ExosporioExosporio--cubierta fina y delicada, cubierta fina y delicada,
parte m
parte máás externa.s externa.
Cubierta de la Cubierta de la espora(sporeespora(spore coatcoat))-
-
varias capas, bastante gruesavarias capas, bastante gruesa
hecha de protehecha de proteíínas nas
impermeable, responsable de su impermeable, responsable de su
resistencia a qu
resistencia a quíímicos micos
CortezaCorteza-
-
Ocupa mOcupa máás de la mitad del volumen de la s de la mitad del volumen de la endospora
endospora
Hecha de Hecha de peptidoglicanpeptidoglicanmenos entrecruzado menos entrecruzado que las c
que las céélulas vegetativas.lulas vegetativas.
ParedPared de la esporade la espora-
-
rodea el rodea el protoplastoprotoplasto
ProtoplastoProtoplasto-- tiene ribosomas y material tiene ribosomas y material
gen
Mecanismos que hacen resistente a
Mecanismos que hacen resistente a
la
la
endospora
endospora
:
:
Acido
Acido
dipicolinico
dipicolinico
-
-
dipicolinato
dipicolinato
c
c
á
á
lcico
lcico
Estabiliza los áEstabiliza los ácidos nucleicos (DNA), protege del cidos nucleicos (DNA), protege del
calor calor
La deshidrataci
La deshidrataci
ó
ó
n del
n del
protoplasto
protoplasto
ocurre por
ocurre por
osm
osm
ó
ó
sis
sis
con ayuda de la corteza
con ayuda de la corteza
Radiaci
Radiaci
ó
ó
n
n
UV y el Espectro
UV y el Espectro
Electromagn
Electromagn
é
é
tico
tico
En el espectro electromagnEn el espectro electromagnéético los rayos UV se encuentran tico los rayos UV se encuentran
de 200 de 200--400 400 nmnm.. UVA (315nmUVA (315nm--400nm)400nm) UVA+B (280nmUVA+B (280nm--400nm)400nm) UVC (200nmUVC (200nm--400nm)400nm)
Espacios entre las crestas son los largos de onda. Mientras el Espacios entre las crestas son los largos de onda. Mientras el
largo de onda disminuye la energ
La
La
Radiaci
Radiaci
ó
ó
n
n
UV
UV
Los rayos UV pueden Los rayos UV pueden
da
daññar los sistemas vivientes.ar los sistemas vivientes.
Se utiliza para esterilizar el Se utiliza para esterilizar el
aire, ciertas superficies y aire, ciertas superficies y
capas finas de agua. capas finas de agua.
El El λλ mmáás coms comúúnmente nmente
absorbido por el DNA es absorbido por el DNA es
260
260 nmnm..
Se forman díSe forman dímeros de timina, meros de timina,
inhibiendo la replicaci
inhibiendo la replicacióón y las n y las funciones del DNA
Marte
Marte
TieneTiene unauna finafina capacapa de atmde atmóósferasfera..
OcurrenOcurren tormentastormentas de de polvopolvo..
TieneTiene capascapas de de hielohielo polarespolares. (CO2). (CO2)
TieneTiene coloracicoloracióónn rojizarojiza porpor el el oxidooxido de de hierrohierro presentepresente..
La
La atmatmóósferasfera se se componecompone de:de:
95% 95% DiDióóxidoxido de de CarbonoCarbono
2.7% 2.7% NitrNitróógenogeno
1.6% 1.6% ArgArgóónn
Marte
Marte
La
La
cantidad
cantidad
de
de
luz
luz
UV
UV
que
que
incide
incide
sobre
sobre
la
la
superficie
superficie
es
es
afectada
afectada
por
por
varios
varios
factores
factores
:
:
Se reduce Se reduce dichadicha cantidadcantidad porpor el el polvopolvo y y loslos gases gases
presentes
presentes en la en la superficiesuperficie..
El El áángulongulo en en queque incideninciden dichosdichos rayosrayos en en referenciareferencia
con el
Prop
Prop
ó
ó
sito
sito
Conociendo
Conociendo
las
las
condiciones
condiciones
en
en
las
las
cuales
cuales
las
las
endosporas
endosporas
pueden
pueden
sobrevivir
sobrevivir
,
,
usando
usando
como
como
referencia
referencia
los
los
viajes
viajes
de naves
de naves
espaciales
espaciales
fuera
fuera
del
del
planeta
planeta
, se
, se
realiz
realiz
ó
ó
este
este
experimento
experimento
. El
. El
prop
prop
ó
ó
sito
sito
fue
fue
conocer
conocer
cuales
cuales
poblaciones
poblaciones
de
de
esporas
esporas
halladas
halladas
en
en
las
las
naves
naves
espaciales
espaciales
as
as
í
í
como
como
de la
de la
Estaci
Estaci
ó
ó
n
n
Espacial
Espacial
Internacional
Internacional
,
,
fueron
fueron
capaces
Procedimiento
Procedimiento
1.
1.
Aislaci
Aislaci
ó
ó
n
n
de
de
Microoganismos
Microoganismos
Superficies de
Superficies de
las
las
naves y
naves y
facilidades
facilidades
de
de
ensamblaje
ensamblaje
asociadas
asociadas
Mars Odyssey y XMars Odyssey y X--20002000
FacilidadesFacilidades Jet Propulsion Laboratory Jet Propulsion Laboratory
Kennedy Space CenterKennedy Space Center
Procedimiento
Procedimiento
2.
2.
Muestreo
Muestreo
de superficies
de superficies
Extrajeron
Extrajeron
las
las
cepas
cepas
formadoras
formadoras
de
de
esporas
esporas
SometiendolasSometiendolas a calora calor 8080°° C, 2 C, 2 minutosminutos
ExponerlasExponerlas a a ultrasonidoultrasonido parapara desactivardesactivar material material
biol
biolóógicogico
CultivoCultivo en TSAen TSA
3.
3.
Identificaci
Identificaci
ó
ó
n
n
por
por
secuenciaci
secuenciaci
ó
ó
n
n
de genes 16s
de genes 16s
rRNA
Procedimiento
Procedimiento
4.
4.
Realizaci
Realizaci
ó
ó
n
n
de
de
modelo
modelo
de la
de la
Radiaci
Radiaci
ó
ó
n
n
Atmosf
Atmosf
é
é
rica
rica
en
en
Marte
Marte
Tomaron
Tomaron
datos
datos
recopilados
recopilados
por
por
Pathfinder, de
Pathfinder, de
la Universidad de Arizona.
la Universidad de Arizona.
Utilizaron
Utilizaron
dos
dos
niveles
niveles
de
de
polvo
polvo
a
a
las
las
cuales
cuales
las
las
densidades
densidades
ó
ó
pticas
pticas
fueron
fueron
0.24 y 0.74
0.24 y 0.74
para
para
671nm,
671nm,
cuando
cuando
el
el
á
á
ngulo
ngulo
del sol
del sol
fue
fue
:
:
2.062.06°° en en condicionescondiciones altasaltas del soldel sol
Radiaci
Procedimiento
Procedimiento
Recreaci
Recreaci
ó
ó
n
n
de UV
de UV
Utiliz
Utiliz
ó
ó
una
una
l
l
á
á
mpara
mpara
de
de
Mercurio
Mercurio
EstaEsta eses de luzde luz opacaopaca, ideal para, ideal para obtenerobtener el espectroel espectro
electromagn
electromagnééticotico parapara exponerexponer laslas endosporasendosporas al al mismo
mismo..
Se Se irradiaronirradiaron a 1000 J/ma 1000 J/m22 con UV 254 con UV 254
LuegoLuego con con DosisDosis LetalesLetales o LD con o LD con todotodo el espectroel espectro
UV a
Resultados
Resultados
Solo 19 de
Solo 19 de
las
las
43
43
l
l
í
í
neas
neas
de
de
endosporas
endosporas
aisladas
aisladas
,
,
mostraron
mostraron
resistencia
resistencia
a la UVC
a la UVC
que
que
comprende
comprende
de 200nm a 280.
de 200nm a 280.
Bacillus
Bacillus
pumilus
pumilus
SAFR
SAFR
-
-
032
032
mostr
mostr
ó
ó
la mayor
la mayor
resistencias
resistencias
a
a
las
las
Bandas
Bandas
UV
UV
que
Resultados
Resultados
La B. La B. pumiluspumilus demostrdemostróó ser la ser la mmááss resistenteresistente a un UV a un UV
de 200nm a 400nm de 200nm a 400nm
Conclusi
Conclusi
ó
ó
n
n
Es
Es
importante
importante
identificar
identificar
cuales
cuales
son
son
las
las
cepas
cepas
de
de
endosporas
endosporas
m
m
á
á
s
s
resistentes
resistentes
y
y
cuales
cuales
longitudes
longitudes
de
de
onda
onda
en el
en el
espectro
espectro
de UV
de UV
pueden
pueden
resistir
resistir
,
,
ya
ya
que
que
esto
esto
ayuda
ayuda
a
a
desarrollar
desarrollar
protocolos
protocolos
y
y
est
est
á
á
ndares
ndares
de
de
sanitizaci
sanitizaci
ó
ó
n
n
para
para
naves
naves
que
que
viajan
viajan
y
Proyecciones
Proyecciones
Futuras
Futuras
DeseanDesean determinardeterminar efectosefectos biocidasbiocidas de la de la presipresióónn bajabaja y y
la
la desecacidesecacióónn en en bacteriasbacterias sobrevivientessobrevivientes protegidasprotegidas de de la
la irradiaciirradiacióónn directadirecta de UV.de UV.
EstudiarEstudiar loslos efectosefectos del del polvopolvo y de y de residuosresiduos no no
biol
biolóógicosgicos en en loslos microorganismosmicroorganismos sobrevivientessobrevivientes a a fluido
fluido de UV de de UV de MarteMarte..
DeterminarDeterminar sisi loslos bajosbajos nivelesniveles de de difusidifusióónn de de radiaciradiacióónn
UV
UV permitepermite la la adaptaciadaptacióónn de de microorganismosmicroorganismos terrestres
