Boletín N˚ 97 – Agosto 2010

De volcanes, leyendas y biodiversidad: explorando la biodiversidad de extremófilos de Costa Rica.

Nombre de la investigación: Evaluación de la Potencialidad Biotecnológica y Biodiversidad de Microorganismos Fotosintéticos Extremófilos de Costa Rica (FV-062-07) Investigadora Principal: Marielos Mora López Formación académica: Licenciada en Microbiología y Química Clínica; Magister Scientae en Biología Molecular, Universidad de Costa Rica. Profesora Asociada de la Facultad de Microbiología. Ha realizado pasantías en metodologías moleculares de punta en los Estados Unidos y España. Coordinadora del Área de Microbiología Ambiental.		*Magister Marielos Mora López*
Unidad de investigación: Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular (CIBCM), Facultad de Microbiología, Universidad de Costa Rica. Investigadores asociados: Ing. Esteban Morales Ulate, CIBCM/UCR; M.Sc. Lorena Uribe, CIBCM/UCR; Ing. Walter Hernández, CIBCM/UCR; M.Sc. Alicia Hernández Peñaranda, CIPRONA/UCR.

Costa Rica, es una tierra de volcanes, leyendas y biodiversidad. El volcán Rincón de la Vieja (Rincón), ubicado en la cordillera de Guanacaste (Alvarado 2000) y parte del Área de Conservación Guanacaste (SINAC/MANAET), constituye un paraje natural en el que estos tres elementos se entremezclan armoniosamente. Su particular nombre, consideran algunos, se pudo haber originado en la leyenda indígena de la princesa Curubanda, hija de uno de los caciques de la comarca, que escogió las faldas de este volcán como su refugio, luego de que su padre lanzara al cráter a su enamorado, un joven de un grupo rival. Con el paso de los años, los bosques aledaños, plenos de biodiversidad, se constituyeron en una fuente de hojas, raíces y frutos con los cuales Curubanda preparaba los fermentos medicinales, que los vecinos de la zona hábidamente iban a buscar al "rincón de la Vieja". Sin embargo, en la actualidad podemos asegurar que la riqueza natural de Rincón, se encuentra en los sitios aún más inesperados, aquellos que están íntimamente ligados a la actividad que bulle en las entrañas mismas del volcán, y que interacciona con las aguas de lluvia que se infiltran por las fisuras de sus laderas para aflorar en la superficie en la forma de lagunas fumarólicas (Fig. 1A), fumarolas, fuentes termales (Fig. 1B), pozos de lodo (Fig. 1C) y hornillas (Fig. 1D). Es precisamente en las manifestaciones geotermales del sector conocido como "Las Pailas", ubicado en la ladera sureste del cráter principal (Molina 2000), que nuestro grupo de investigación del Área de Microbiología Ambiental del Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular, ha demostrado la presencia de microorganismos fotosintéticos (Sittenfeld et al. 2002, 2004, 2006; Sánchez et al. 2004; Mora et al. 2005), es decir seres vivos microscópicos que al igual que las plantas pueden aprovechar la energía del sol para producir compuestos orgánicos (azúcares) y con ello proliferar bajo las condiciones extremas de temperatura (50-98 ºC), acidez (pH 0-2), altas concentraciones de solutos y presencia de metales pesados que encontramos en Rincón.

Figura 1. Manifestaciones geotermales ácidas del Sector Las Pailas Parque Nacional Volcán Rincón de la Vieja, Área de Conservación Guanacaste, Costa Rica. A. Laguna Fumarólica B. Fuente termal C. Pailas de Agua D. Hornillas

Estos microorganismos, llamados por tanto extremófilos, presentan adaptaciones a la vida bajo condiciones que son sumamente estresantes para la mayoría de los organismos. Los extremófilos y sus enzimas han sido utilizados en procesos industriales, biotecnológicos y de particular importancia en la biorremediación de aguas y suelos, por su capacidad de captar metales pesados, los cuales pueden ser letales para la fauna silvestre y salud humana. De igual forma, el volcán Miravalles, ubicado en la cordillera de Guanacaste (Alvarado 2000), también presenta manifestaciones geotermales, que alimentan el campo geotérmico del mismo nombre y de cuyas nacientes termales hemos aislado, cultivado e identificado una colección de bacterias fotosintéticas conocidas como cianobacterias o algas verde azuladas (Fig. 2). Estas cianobacterias del Miravalles por su crecimiento a altas temperaturas se clasifican como termofílicas es decir son amantes del calor. Existe una amplia documentación en la literatura científica sobre la utilización de cianobacterias en diversos procesos de protección medioambiental (Gardea-Torresdey et al. 1996a, 1998; Gupta et al. 2000; Gong et al. 2005; Thajuddin et al. 2005).

Figura 2. Muestras ambientales y microalgas aisladas del Sector Las Pailas, Parque Nacional Volcán Rincón de la Vieja, Área de Conservación Guanacaste, Costa Rica. A. *Fragmento de lodo seco de las Pailas de Barro que presenta una biopelícula que corresponden a microalgas semejantes al género Chlorella.* B. Observación al microscopio de luz de un cultivo microalgal obtenido de la muestra ambiental mostrada en A. C. Fragmento de lodo en las Pailas de Agua que presenta una biopelícula que corresponde a microalgas de la Familia Cyanidiales. D. Observación al microscopio de luz de un cultivo microalgal obtenido de la muestra ambiental mostrada en C.

Considerando por tanto, el conocimiento reducido existente de las potencialidades de los microorganismos fotosintéticos asociados a nuestros volcanes, este proyecto de investigación tiene como propósito precisamente el explorar las potencialidades biotecnológicas y biorremediativas de microorganismos fotosintéticos extremófilos asociados a volcanes de Costa Rica particularmente, el Rincón de la Vieja y el Miravalles. Para ello durante los años 2008 y 2009, nuestro grupo de investigación se dio a la tarea de realizar exploraciones de campo a lo largo del sendero circular del Sector Las Pailas de Rincón. Este recorrido nos enfrentó con un paisaje en el que columnas de gases calientes que afloran a través de las grietas del suelo; el lodo burbujeante en las "ollas o pailas"; las pozas y lagunas de aguas cristalinas pero extremadamente calientes y ácidas y el profundo aroma azufrado parecieran transportarnos a eras primigenias en la vida del planeta. Es en estos ambientes, en que de manera sorprendente pueden ser observadas biopelículas de diversas tonalidades de verde, dispersas en el lodo caliente, poblando los flancos de las pailas o bien cubriendo el lodo seco o las rocas meteorizadas de las hornillas y que son un claro indicador de la presencia de vida fotosintética. La observación al microscopio de luz, de un total de 62 muestras ambientales tomadas en estas manifestaciones, nos introduce en un universo microbiano particular constituido por diversos microorganismos fotosintéticos, desde formas euglenoides en las pailas de barro que previamente hemos descrito como una nueva especie Euglena pailasensis (Sittenfeld et al. 2001), hasta algas eucariónicas unicelulares de forma ligeramente ovalada reminiscentes a miembros del género Chlorella (Chlorellaceae: Chlorophyta) (Fig. 2B). La literatura científica reporta que esta microalga se utiliza mundialmente como una fuente de nutrientes y diferentes componentes bioactivos, y que tienen además la capacidad acumular metales pesados como cobre, cromo, nickel y zinc (Huss et al. 2002). Uno de los principales hallazgos obtenidos de Rincón es la documentación de la presencia algas rojas (Rhodophyta) de forma redondeada de la Familia Cyanidiales (Broadwater y Scott 1994; Moreira et al. 1994; Seckbach et al. 1994; Sentsova et al. 1994; Ciniglia 2004, Barbier et al. 2005) (Fig. 2D), que crecen en diversos lugares del sector sobre piedras asociadas a las hornillas, la laguna fumarólica y las fuentes termales. Estas algas de los géneros Cyanidium, Galdieria y Cyanidioschizon, son considerados como las algas eucariónicas más antiguas y han sido asociadas con procesos de remoción de metales, en particular aluminio en diversas regiones del mundo (Nagasaka et al. 2002; Hanikenne et al. 2005). Por su parte, a partir de fuentes termales cercanas al volcán Miravalles hemos aislado una gran variedad de bacterias fotosintéticas (cianobacterias) termofílicas (que crecen a temperaturas altas) unicelulares y filamentosas (Fig.3). Estos microorganismos, también han sido utilizados en diversos procesos de protección medioambiental Una etapa importante en este estudio es la caracterización fisiológica de las microalgas y cianobacterias, para lo cual hemos realizado pruebas de crecimiento bajo diferentes condiciones de temperatura (24, 33 y 50ºC), acidez (pH 2, 4 y 7) y tolerancia a diversas concentraciones (0, 2, 5, 10, 15 %) de sal común (cloruro de sodio). Los resultados demuestran que un 30-50% de las cianobacterias toleran concentraciones de sal mayores a la del agua de mar (NaCl 2,5%). Estos estudios han permitido determinar las condiciones ideales de crecimiento de cada una de las microalgas, con esta información se están optimizando las pruebas de acumulación de metales pesados a nivel de laboratorio.

Figura 3. Diferentes tipos de cianobacterias aisladas de fuentes termales del Volcán Miravalles, Guanacaste.

Un componente de este proyecto es la utilización de métodos que utilizan el material genético (ADN) de los microorganismos, para su identificación taxonómica y para la detección de genes que codifican por proteínas o péptidos que potencialmente puedan participar en los procesos de biorremediación como son las metalotioneínas (Robinson et al. 1990), fitoquelatinas (Skowronski et al. 1989) y transportadores de membrana (Pirsze et al. 1995, Hanikenne et al. 2005). Con esta colección de microorganismos fotosintéticos seleccionados por diferentes criterios (tolerancia a altas concentraciones de sal, crecimiento a altas temperaturas, diferentes condiciones de acidez y potencial molecular para acumular metales pesados), se pretende contar con una herramienta para la tratamiento de aguas industriales residuales contaminadas con metales pesados, que a través de alianzas estratégicas pueda ser transferida en un futuro a industrias nacionales, y de esta manera posibilitar el uso sostenible de la biodiversidad de extremofilos de nuestro país y contribuir con la preservación medioambiental.

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