Hongo radiotrófico

Los hongos radiotróficos son aquellos que pueden realizar el proceso biológico denominado radiosíntesis , que consiste en utilizar radiación ionizante como principal fuente de energía para impulsar la metabolización. Se ha afirmado que se han encontrado hongos radiotróficos en entornos extremos, como en la central nuclear de Chernóbil . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La mayoría de los hongos radiotróficos utilizan la melanina de alguna manera para sobrevivir. ^{[ 3 ]} El proceso de utilizar radiación y melanina para obtener energía se ha denominado radiosíntesis y se cree que es análogo a la respiración anaeróbica . ^{[ 4 ]} Sin embargo, se desconoce si en la radiosíntesis se utilizan procesos de varias etapas, como la fotosíntesis o la quimiosíntesis .

Se han aislado muchos hongos del área alrededor de la destruida central nuclear de Chernóbil , y se ha observado que algunos de ellos dirigen el crecimiento de sus hifas hacia el grafito radiactivo del desastre, un fenómeno llamado “radiotropismo”. ^{[ 5 ] [ 1 ]} El estudio ha descartado la presencia de carbono como recurso que atrae a las colonias de hongos y, de hecho, concluyó que algunos hongos crecerán preferentemente en la dirección de la fuente de radiación ionizante beta y gamma, pero no se pudo identificar el mecanismo biológico detrás de este efecto. ^{[ 1 ]} También se ha observado que se descubrieron otros hongos ricos en melanina en el agua de refrigeración de algunos otros reactores nucleares en funcionamiento. El compuesto que absorbe la luz en las membranas celulares del hongo tenía el efecto de oscurecer el agua. ^{[ 6 ]} Si bien hay muchos casos de extremófilos (organismos que pueden vivir en condiciones severas como las de la central nuclear radiactiva), un hongo radiotrófico hipotético crecería debido a la radiación, en lugar de a pesar de ella. ^{[ 7 ]}

Investigaciones posteriores realizadas en el Albert Einstein College of Medicine demostraron que tres hongos que contienen melanina — Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis y Cryptococcus neoformans — aumentaron su biomasa y acumularon acetato más rápidamente en un entorno con un nivel de radiación 500 veces superior al del entorno normal. Se eligió C. sphaerospermum en particular debido a que esta especie se encontró en el reactor de Chernóbil. Dadachova et al. descubrieron que, al exponer células de C. neoformans a estos niveles de radiación, los organismos alteraron rápidamente (en 20-40 minutos de exposición) las propiedades químicas de su melanina y aumentaron las tasas de transferencia de electrones mediadas por melanina (medidas como reducción de ferricianuro por NADH ) de tres a cuatro veces en comparación con los organismos no expuestos. Sin embargo, cada cultivo se realizó con nutrientes limitados para cada hongo. El aumento de biomasa y otros efectos podrían deberse a que las células obtienen energía directamente de la radiación ionizante, o a que la radiación permite a las células utilizar los nutrientes tradicionales de forma más eficiente o más rápida. ^{[ 7 ]}

Fuera de los estudios de laboratorio, los autores observaron efectos similares en la capacidad de transporte de electrones de la melanina tras la exposición del organismo a radiación no ionizante . Los autores no concluyeron si la radiación lumínica o térmica tendría un efecto similar en los hongos. ^{[ 7 ]}

Las melaninas son una familia de pigmentos naturales de color oscuro con propiedades de protección contra la radiación. Estos pigmentos pueden absorber la radiación electromagnética debido a su estructura molecular, lo que resulta en su color oscuro; esta cualidad sugiere que la melanina podría ayudar a proteger a los hongos radiotrópicos de la radiación ionizante. Se ha sugerido que las propiedades de protección contra la radiación de la melanina se deben a su capacidad para atrapar radicales libres formados durante la radiólisis del agua. ^{[ 8 ]} La producción de melanina también es ventajosa para el hongo, ya que puede ayudar a la supervivencia en muchos entornos extremos. Ejemplos de estos entornos incluyen la central nuclear de Chernóbil , ^{[ 2 ]} la Estación Espacial Internacional , ^{[ 4 ]} y las montañas transantárticas . ^{[ 9 ]} La melanina también podría ayudar al hongo a metabolizar la radiación , pero aún se necesita más evidencia e investigación. ^{[ 3 ]}

La melanización puede conllevar un coste metabólico para las células fúngicas. En ausencia de radiación, algunos hongos no melanizados (que habían mutado en la vía de la melanina) crecieron más rápido que sus homólogos melanizados. Se ha sugerido que la absorción limitada de nutrientes debido a las moléculas de melanina en la pared celular fúngica o a los intermediarios tóxicos formados en la biosíntesis de melanina contribuyen a este fenómeno. ^{[ 7 ]} Esto es consistente con la observación de que, a pesar de ser capaces de producir melanina, muchos hongos no la sintetizan de forma constitutiva (es decir, todo el tiempo), sino a menudo solo en respuesta a estímulos externos o en diferentes etapas de su desarrollo. ^{[ 10 ]} Se desconocen los procesos bioquímicos exactos en la síntesis propuesta de compuestos orgánicos u otros metabolitos basados ​​en melanina para el crecimiento fúngico, incluidos los intermediarios químicos (como las moléculas donadoras y aceptoras de electrones nativas) en la célula fúngica y la ubicación y los productos químicos de este proceso. Se especula que los hongos radiotróficos fueron más numerosos y extendidos durante el Hádico , cuando los fenómenos de fisión nuclear natural fueron más abundantes. La vía de la radiosíntesis podría existir latente, como una especie de apéndice genético, en otras formas de vida antiguas.

Se plantea la hipótesis de que los hongos radiotróficos podrían utilizarse como escudo biológico para atenuar la radiación ionizante , específicamente para la protección de los astronautas en el espacio profundo . ^{[ 4 ]} Para probar el potencial de la biotecnología para la utilización de recursos in situ (ISRU) y la radioprotección, se llevó a cabo un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) desde diciembre de 2018 hasta enero de 2019. El experimento cultivó el hongo dematiáceo Cladosporium sphaerospermum para observar su crecimiento y capacidad de atenuación durante un período de aproximadamente 26 días (622,5 horas). ^{[ 4 ]}

Los resultados en órbita indicaron una ventaja de crecimiento cualitativa y cuantitativa en el entorno espacial en comparación con los controles terrestres, lo que sugiere una posible respuesta radioadaptativa. ^{[ 4 ]} Se encontró que los niveles de radiación medidos directamente debajo de la capa de crecimiento fúngico de aproximadamente 1,67 mm de espesor eran más bajos que los de un control negativo sin crecimiento. ^{[ 4 ]} En la fase inicial del experimento, antes de que se hubiera formado una biomasa significativa, no hubo diferencia medible en los recuentos de radiación entre los dos grupos; sin embargo, una reducción más significativa en los eventos ionizantes registrados se correlacionó con las etapas posteriores del experimento una vez que la biomasa fúngica y el contenido de melanina habían madurado. ^{[ 4 ]}

Debido a las limitaciones del hardware experimental, específicamente el uso de sensores de fotodiodo altamente sensibles a la radiación de onda de baja energía ( rayos X y gamma ) en lugar de los rayos cósmicos galácticos (GCR) altamente energéticos dominantes en el espacio profundo, las extrapolaciones dosimétricas macroscópicas requieren una mayor validación. ^{[ 4 ]} No obstante, el estudio concluyó que los compuestos biológicos melanizados representan un material de blindaje pasivo prometedor contra partículas energizadas. ^{[ 4 ]} Dado que la melanina natural se puede producir biotecnológicamente, podría estar fácilmente disponible a través de ISRU. ^{[ 4 ]} Para aumentar la densidad con fines estructurales y de blindaje, la biomasa fúngica o la melanina se pueden integrar con recursos in situ abundantes como el regolito marciano , análogo al concepto de " biolito " marciano. ^{[ 4 ]} Además, se pueden incorporar capas de melanina en textiles, resinas o compuestos fibrosos para su aplicación en trajes EVA e infraestructura de naves espaciales inflables para proteger contra el daño superficial por luz ultravioleta . ^{[ 4 ]}

• Desastre de Chernóbil §  Flora, fauna y hongos
• Radiorresistencia , la capacidad de un organismo para resistir la radiación ionizante.
• Extremófilo , organismo capaz de vivir en un entorno extremo.
• Bacterias que se alimentan de nailon
• Plastivore
• Proyecto Ave María : una novela de ciencia ficción donde un astrófago ficticio se alimenta de radiación electromagnética.

• El Colegio de Medicina Einstein sobre hongos radiotróficos
• Cuanto más oscuro, mejor… especialmente en Chernóbil en Earthling Nature.

"Este hongo negro podría estar curando Chernóbil al 'absorber radiación'", explica un biólogo.