Bacalao en salsa bioluminiscente

Bioluminiscencia en Crystal River (Florida, EEUU).
Fuente: Rough guides

La bioluminiscencia es un tema fascinante y cuando me preguntan por ella contesto que suelen ser microalgas, en concreto dinoflagelados.

Lo que no sabía es que hay otros seres que pueden igualar e incluso superar a los dinoflagelados en su propia especialidad.

Y lo aprendí 
con la siguiente historia…

Bacalao atlántico (Gadhus morua). Autor: Milos Andera.
Fuente: Nature Photo

El pasado 30 de octubre recibí una llamada de Mª de la Vega Ramírez Marín, jefa del área de calidad alimentaria del Laboratorio Regional de Salud Pública de Madrid.
Me explicaba que habían recibido una curiosa denuncia: una señora había comprado bacalao en la pescadería, y en su casa en oscuridad, el bacalao emitía luz !!!!

Conservaban la pieza congelada y me preguntó si nos la podían remitir para averiguar el origen de la bioluminiscencia.
Le respondí que sí y según colgué el teléfono lo comenté con mis compañeros de laboratorio Pilar Riobó y Pepe Franco. Ellos me pusieron sobre la pista de las bacterias bioluminiscentes y me dieron el nombre de Marta López Cabo, científica titular del grupo de Microbiología y Tecnología de productos marinos en el Instituto de Investigaciones Marinas (IIM-CSIC, Vigo).

Pseudomonas aeruginosa. Autora: Janice Carr.
Fuente: MicrobeWiki

Marta me confirmó que sí, que tenía toda la pinta de ser bacterias bioluminiscentes. Ellos habían trabajado en casos parecidos en pulpos. En una ocasión habían encontrado la bacteria Pseudomonas cedrina.
Y en otra muestra de pulpo, al simular un aumento de temperatura, les creció Pseudomonas fragi.
Como curiosidad, también me comentó sobre juegos de niños en Cataluña que se pringaban la cara con la carne de pulpo bioluminiscente !

Al día siguiente recibimos en el IEO de Vigo la muestra de bacalao. Pertenecía a los servicios de inspección de la Comunidad de Madrid y en el envío, precintado e identificado, figuraba este mensaje:
“Te ruego que procedáis a realizar los procedimientos que consideréis oportunos para, si es posible, dar respuesta a la denuncia”.

Así que pensé “zapatero a tus zapatos” y contacté con Marta para enviarle la muestra, como experta en el tema, para que investigase al bacalao iluminado.

Pseudomonas fluorescens. Los flagelos
múltiples confieren movilidad a la célula.
Autor: DOE Joint Genome Institute.
Fuente: MicrobeWiki

Pasaron varias semanas, y el 25 de noviembre Marta me confirmó que habían identificado bacterias como causa de la bioluminiscencia. Es un informe confidencial aunque se corresponden con algunas de las bacterias no patógenas que cito en esta entrada.
Marta me comentó que se trataba de “microbiota habitual en el deterioro pero que últimamente da problemas de luminiscencia aparente en productos de la pesca. Probablemente por abusos de temperatura o mala conservación”.

La buena noticia es que la inmensa mayoría de bacterias bioluminiscentes no son dañinas ni tóxicas: tan sólo Vibrio vulnificus y V. cholerae se consideran patógenas (y la primera es la única que puede vivir en el mar). Aunque después de comer algo contaminado con bacterias bioluminiscentes pueden aparecer síntomas como malestar de estómago, diarrea y dolor de cabeza. Como con cualquier comida en mal estado, brille ó no…

Existe un informe muy curioso de la FDA (U.S. Food and Drug Administration), donde revisan los casos registrados desde 1989: son fuentes serias aunque algunos datos parezcan increíbles.

Photobacterium phosphoreum. Fuente: Bioart

Para empezar es todo un clásico lo de darle a tu gato comida bioluminiscente y esperar luego a ver qué pasa. En 1889 lo ensayó un tal P. Tollhausen y comprobó así que las bacterias no eran perjudiciales (luego él mismo se las comió también).

Las fuentes más habituales de “comida que brilla”, al menos en EEUU, son las imitaciones de carne de cangrejo y langosta, ó las gambas peladas. Comenta la FDA también el caso de una fábrica de conservas de sardinas en Maine, que sufrió un corte de luz durante 5 días por una tormenta de nieve. El pescado quedó sobre las cintas de transporte y cuando entraron en la fábrica el dueño dijo que podían leer el periódico a la luz de las sardinas !!! supongo que entraron con pinzas en la nariz…

Otro caso llamativo fue el de los salmones bioluminiscentes durante un ceremonial de las Tribus Confederadas de la Reserva de Warm Springs (Oregón). Pensaron que las luces eran radiaciones y nadie se los quiso comer. Pero dieron parte a las autoridades y luego enviaron para su análisis a 10 salmones “rey” que pesaban entre 10 y 15 kg cada uno !!!…estaban contaminados con Photobacterium phosphoreum.

Sin embargo, en el mar, y a pesar de los relatos históricos de marineros, nunca se habían conseguido imágenes de bacterias bioluminiscentes, un fenómeno conocido en inglés como milky seas.
Hasta que en 2005 la revista PNAS publicó una primera imagen por satélite. Los investigadores (Miller y col.) la consiguieron rastreando pistas en informes de barcos mercantes e imágenes de satélite que coincidieran con la misma fecha y lugar de los informes.

Y entre los muchos relatos hubo uno que les sirvió: el del mercante británico SS Lima que un 25 de enero de 1995 describió un milky sea “18:00 [GMT] (21:00 hora local): en una noche despejada sin luna, a 150 millas náuticas de la costa de Somalia, un fulgor blanquecino surgió en el horizonte y tras 15 minutos, el barco quedó completamente rodeado por un mar de aspecto lechoso con una bioluminiscencia uniforme. La bioluminiscencia cubría todo el mar, hasta el horizonte…y parecía como si el barco navegase sobre un campo nevado ó deslizándose sobre las nubes…” (Traducido de Miller y col. 2005).

La imagen fue tomada por un satélite meteorológico militar diseñado para estudiar la nubosidad tanto de día como de noche, desde una altura de 833 km. Los registros históricos de milky seas se concentran sobre todo en el océano Indico y en menor proporción en las costas de Java e Indonesia. Autor: S. Miller. Fuente: Sott.net
La mancha de luz fue visible durante 3 noches, y llegó a alcanzar casi 300 km de longitud
y un área >17.700 km2, equivalente a dos veces la isla de Córcega !!

La bioluminiscencia en los dinoflagelados (el mar de “ardora“) consiste en chispazos intermitentes por el estímulo de la vibración del agua. Cualquiera que haya tenido la oportunidad de verla sabe a lo que me refiero: estrellas que brillan en la oscuridad del mar e iluminan la rompiente de las olas ó la espuma de los barcos, ó a ti si te bañas con ellas…!!

La luciferina bacteriana.
Fuente: The quantum inmortal

Pero la bioluminiscencia de las bacterias es diferente: su luz es continua y menos intensa que la de los dinoflagelados, aunque el color en ambos casos es azulado.

La luciferina de los dinoflagelados es un derivado de la clorofila mientras que en las bacterias es una molécula de riboflavina fosfato reducida (parecida a la vitamina B2). Otra diferencia con los dinoflagelados es que la luz de las bacterias puede cubrir áreas enormes, hasta el mismo horizonte según los testigos.

Sin embargo, durante mucho tiempo se dudó que las bacterias fuesen la causa de los milky seas. La razón es el mecanismo de acción de la bioluminiscencia, donde juega un papel fundamental el lenguaje bacterianola percepción de quórum.

Vamos con ello, y les prometo que van a querer comprar
bacterias bioluminiscentes al final de la entrada de hoy…

La percepción de quórum permite a las bacterias comportarse como un organismo multicelular con sus consiguientes ventajas adaptativas. Para ello las bacterias deben…
• Ser capaces de generar una señal de comunicación.
• Que dicha señal sea percibida por el resto de la población.
• Que la población reaccione “todos a una” cuando esa población alcance una concentración denominada quórum. Sí, las bacterias actúan como las juntas de vecinos.

El fenómeno lo estudió Nealson en 1977 en Vibrio harveyi, una bacteria Gram negativa en la que demostró que la bioluminiscencia no era proporcional a la densidad celular: existía una concentración crítica a partir de la cual la luz se multiplicaba de 3 a 5 veces más de lo esperado.

En la bioluminiscencia de las bacterias participan los genes del operón Lux.
El gen LuxI fabrica el autoinductor (3 oxo C-6 L-homoserín lactona).
A su vez, el autoinductor se une a un receptor fabricado por el gen LuxR, 
que activa la expresión de los genes de la bioluminiscencia,
LuxA, LuxB y Lux CDE. Fuente: cibt.bio.cornell.edu

En un experimento elegante, Nealson filtró medio de cultivo de bacterias bioluminiscentes y lo añadió a otras que no brillaban por estar muy diluidas.
Y éstas emitieron luz demostrando que las bacterias liberaban un agente autoinductor de bioluminiscencia. 

El problema es que el autoinductor debe estar muy concentrado para ser efectivo, y esa concentración resulta impensable en el agua de mar. 

La concentración típica en el mar de Vibrio harveyi es 100 células/mililitro, insuficiente para producir bioluminiscencia. Pero las bacterias bioluminiscentes como V. harveyi (además de patógenos en invertebrados) viven en simbiosis en organismos marinos, como cefalópodos y peces, en el interior de órganos bioluminiscentes donde alcanzan 10.000 millones céls/mL !!! Gracias a esta simbiosis el autoinductor puede llegar a la concentración crítica. 

Bioluminiscencia de Vibrio harveyi.
Fuente: lib.rushkolnik.ru

La hipótesis actual es que los milky seas se producen cuando las bacterias proliferan asociadas a microalgas, lo cual facilita que el autoinductor se concentre. Y esta teoría se apoya en el único encuentro de un buque oceanográfico con un milky sea. 

Fue en julio de 1985, en el oeste del Mar Arábigo, cuando Lapota y col (1988) aislaron muestras de agua de un milky sea que también duró 3 días.

En las muestras encontraron plancton bioluminiscente: dinoflagelados (Pyrocystis y Protoperidinium) y zooplancton (larváceas, ostrácodos, sifonóforos, radiolarios). Pero la luz de aquellos seres era sólo la guinda al postre de un milky sea provocado por Vibrio harveyi asociadas a colonias de la microalga Phaeocystis que le servían a su vez como sustrato.

Lámpara AMBIO. Fuente: Wired

La bioluminiscencia se utiliza en medicina, para monitorizar la expresión de genes ó el avance de enfermedades causadas por bacterias, infecciones por hongos, así como para estudiar el crecimiento de implantes de células tumorales en el desarrollo de tratamientos contra el cáncer, etc.

Sin embargo, despediré la entrada de hoy con una aplicación decorativo-artística…

Se llama AMBIO, creación de Teresa van Dongen, diseñadora y bióloga: una lámpara que contiene bacterias bioluminiscentes aisladas de pulpo (quizás Vibrio harveyi). De momento las bacterias sólo sobreviven por unos días, pero todo se andará…Aquí les dejo el enlace al vídeo (con música)

Referencias:

-Brock M. Application of bioluminiscence imaging for in vivo monitoring of fungal infections. Int. J. Microbiol. (2012) http://dx.doi.org/10.1155/2012/956794
-Díaz DM & Santos de la Sen A. Sistemas de quorum sensing en bacterias. Reduca (Biología). Serie Microbiología 3:39-55 (2010).
-Lapota D & col. Observations and measurements of planktonic bioluminiscence in and around a milky sea. J.Exp.Mar.Biol.Ecol. 119:55-81 (1988).
-Miller SD & col. Detection of a bioluminiscent milky sea from space. PNAS 102:14181-14184 (2005).
-Nealson KH. Autoinduction of bacterial luciferase: occurrence, mechanism and significance. Arch. Microbiol. 112:73-79 (1977).
-Sado PN. Glowing Seafood. U.S. FDA (1998). Disponible en la web.
-Walsh AS. Quorum sensing in Vibrio fischeri. Disponible en la web.
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6 comentarios
  1. Fco Javier Martínez Olmo
    Fco Javier Martínez Olmo Dice:

    El último video con la lámpara bioluminiscente también es muy curioso y nos abre el interrogante del futuro, ¿será este una forma de obtener bioelectricidad? Parece imposible a gran escala pero ya le buscarán alguna otra aplicación
    un saludo

    Responder

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