Polutantes Orgánicos Volátiles sobre líquenes

Información preparada por la alumna Raquel Molina Serra de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

Un liquen es una asociación simbiótica entre un hongo (micobionte) y un alga o cianobactera (ficobionte), de cuya interacción se origina un talo estable, con estructura y fisiología específicas (Aragón et al., 2001; Mendéz Estrada & Monge Nájera, 2011; Catalá et al., 2013; Domínguez-Morueco et al., 2014). No tienen raíces, por lo que dependen del aporte atmosférico de nutrientes. Además, carecen de una barrera protectora, por lo que son muy sensibles a la contaminación ambiental y, al ser capaces de bioacumular contaminantes, se usan como bioindicadores de la calidad del aire y del suelo (Catalá et al., 2013; Domínguez-Morueco et al., 2014); algunas de las especies más empleadas son Lobaria pulmonaria, Lobaria amplissima o especies pertenecientes a Usnea, ya que son muy sensibles a los contaminantes atmosféricos (Hawksworth et al., 2005; Mendéz Estrada & Monge Nájera, 2011). La capacidad de los líquenes para tolerar e incluso bioacumular metales pesados como As, Pb o Cd, ha sido muy estudiada, también los efectos nocivos de contaminantes inorgánicos como el ozono, SO2 o NOx. Sin embargo, los efectos tóxicos de los Polutantes Orgánicos Volátiles (POVs), contaminantes tóxicos para los seres vivos, no se han estudiado (Catalá et al., 2013).

Los líquenes tienen una alta tolerancia a la desecación, es decir, están adaptados a anhidrobiosis (Domínguez-Morueco et al., 2014), por lo que la rehidratación es una fase crítica de su ciclo de vida. Los ambientes contaminados generalmente presentan una mezcla de contaminantes aéreos, los efectos combinados de los POVs y del ozono, nitrógeno u óxidos de azufre podrían ser especialmente dañinos para los líquenes. La presencia de POVs, como el hidroperóxido de cumeno, puede interferir en la regulación de los sistemas antioxidades internos, concretamente con el óxido nítrico (NO) que protege al liquen del estrés oxidativo durante la rehidratación, causando daños celulares tanto en la peroxidación de lípidos y proteínas, como en la fotooxidación de la clorofila o produciendo daños en el ADN e incluso la necrosis de las células (Catalá et al., 2013).

Bibliografía

Aragón, G.; Martínez, I.; Burgaz, A. R. (2001). Macrolíquenes de Castilla-La Mancha. Ciudad Real: Diputación Provincial de Ciudad Real.

Catalá, M.; Gasulla, F.; Pradas del Real, A. E.; García-Breijo, F.; Reig-Armiñana, J.; Barreño, E. (2013). The organic air pollutant cumene hydroperoxide interferes with NO antioxidant role in rehydrating lichen. Environmental Pollution 179: 277-284.

Domínguez-Morueco, N.; Moreno, H.; Barreno, E.; Catalá, M. (2014). Preliminary assessment of terrestrial microalgae isolated from lichens as testing species for environmental monitoring: Lichen phycobionts present high sensitivity to environmental micropollutants. Ecotoxicology and Environmental Safety 99: 35-44.

Hawksworth, D.; Iturriaga, T.; Crespo, A. (2005). Líquenes como bioindicadores inmediatos de contaminación y cambios medio-ambientales en los trópicos. Rev. Iberoam. Micol. 22: 71-82.

Méndez Estrada, V. H.; Monge Nájera, J. (2011). El uso de líquenes como biomonitores para evaluar el estado de la contaminación atmosférica a nivel mundial. Biocenosis 25 (1-2): 51-67.

¿Cómo se defienden los líquenes del estrés?

Recientemente el Trabajo de Fin de Grado de Alberto Coello, junto con el de otros miembros de nuestro grupo de investigación, se ha publicado en la revista internacional Microbial Ecology (impacto 3,118, ) titulado “Lichen Rehydration in Heavy Metal-Polluted Environments: Pb Modulates the Oxidative Response of Both Ramalina farinacea Thalli and Its Isolated Microalgae”. A continuación os paso un resumen que ha hecho sobre los hallazgos publicados.

Los líquenes son asociaciones simbióticas entre hongos heterótrofos (micobiontes) y organismos fotosintéticos (fotobiontes). Aunque tradicionalmente han sido organismos poco estudiados, con el paso del tiempo comienzan a descubrirse sus curiosas características, y cada una más sorprendente que la anterior.

Una de las principales características de los líquenes es que son incapaces de controlar su contenido en agua (son poiquilohidros), por lo que están sujetos continuamente a ciclos de desecación y rehidratación. Recientemente, nuestro grupo de investigación observó cómo se producía un aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales pueden provocar graves daños celulares, durante la rehidratación de los líquenes.

Sin embargo, se ha conseguido profundizar más en el tema, analizando no solo el liquen completo, sino cada una de sus partes. Para ello, se eligió a Ramalina farinacea, el cual es un liquen con el que este grupo de investigación ya está familiarizado, y se estudiaron también sus fotobiontes (ya que posee dos tipo de microalgas del género Trebouxia: TR1 y TR9). Además, también se estudió si la presencia de plomo durante la rehidratación afectaba a estos organismos.

Gracias a este trabajo se ha podido observar que tanto el liquen como sus fotobiontes presentan potentes mecanismos defensivos durante la rehidratación y, posiblemente, reforzados por la presencia de plomo. Además, sorprendentemente, parece ser que el fotobionte dominante en el talo es quien modula la respuesta oxidativa de todo el liquen. Esto último aspecto es, por tanto, extremadamente importante desde el punto de vista ecofisiológico y adaptativo, ya que la proporción de los talos liquénicos puede variar de población a población.

Semana de la Ciencia: Laboratorio de Biología

Entre las actividades de la Semana de la Ciencia, impartiré un laboratorio práctico de aislamiento celular. Si os gusta la Biología Celular ¡apuntaos! No hay requerimientos especiales de formación o edad.

¿Cuándo? El viernes, 7 de noviembre

¿Dónde inscribirse? Laboratorio de Biología: Inscripción

¿A qué hora? 10:00-14:00

¿Qué vamos a hacer? Descripción: Aislamiento y purificación celular: fotobiontes de líquenes. Se dará a conocer un método general de aislamiento y purificación celular, así como las peculiaridades biológicas de los líquenes.

¿Dónde? Lugar: Aula 202, edificio Laboratorio II (aforo 16).

Tipo de público: Público general

Créditos ECTS: No

El trabajo fin de grado del alumno de ToxAmb Alberto J. Coello obtiene la calificación de 9,8

En la convocatoria de Julio de este curso 13-14 se ha defendido el primer TFG del Grado de Biología realizado en el seno de nuestro grupo de investigación dirigido por mi en íntima colaboración con el Prof. Leonardo Casano (UAH), del Symbiogenesis Research Team (dirigido por la catedrática Eva Barreno, UV).

Tras una defensa extraordinaria, el tribunal calificó el trabajo con un 9,8, sin duda bien merecido por la dedicación y estudio que Alberto ha dedicado durante el último curso. Son necesarias muchas horas de laboratorio, lectura de bibliografía y escritura de borradores para obtener este resultado ¡Enhorabuena! También es de agradecer toda el apoyo y ayuda que, me consta, ha recibido de sus compañeros de equipo para revisar los últimos borradores y hacer los últimos ensayos.

Alberto ha titulado su trabajo “Efecto de la rehidratación con plomo sobre los fotobiontes de Ramalina farinacea (L.) Ach. y la función del óxido nítrico en el proceso” y ha redactado unos párrafos para explicaros su contenido:

Los líquenes son el resultado de una asociación simbiótica entre un hongo heterótrofo (micobionte) y un compañero fotosintético (fotobionte). Además, una peculiaridad de algunos líquenes es la presencia de dos tipos de fotobiontes dentro del mismo talo, tal y como ocurre en Ramalina farinacea, que posee dos especies del género Trebouxia.

Los líquenes, entre sus muchas características, destacan por carecer de cutículas o capas protectoras, lo que ocasiona que sean las condiciones ambientales las que determinan su contenido en agua, sufriendo repetidos ciclos de desecación y rehidratación. Además, al carecer de cutículas, toda su superficie es capaz de absorber sustancias, por lo que son muy buenos bioindicadores de la contaminación ambiental.

Durante el metabolismo normal de las células se producen gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS). Sin embargo, los procesos de estrés abiótico (como la rehidratación) provocan un aumento excesivo de ROS, al igual que puede suceder con algunos contaminantes ambientales (como los metales pesados). Finalmente, el exceso de ROS en las células se traduce en graves daños a varias moléculas, donde destaca la peroxidación lipídica de las membranas.

Una de las defensas de las células frente al exceso de ROS es el óxido nítrico (NO), el cual puede actuar eliminando ciertas ROS. Sin embargo, es muy escaso el conocimiento acerca de la fisiología liquénica, el cual es aún menor cuando se trata de la fisiología de cada simbionte.

En este trabajo se estudió como afectaba el plomo a la fisiología de los fotobiontes de R. farinacea y que papel desempeñaba el óxido nítrico en el proceso, analizando los niveles de daño peroxidativo en los fotobiontes durante la rehidratación.

En base a los resultados obtenidos se pudo ver que los fotobiontes mostraban una respuesta compensatoria homeostática al disminuir el daño peroxidativo, con respecto a las condiciones fisiológicas, cuando eran rehidratados en presencia de plomo, lo que se conoce como hormesis. Además se pudo ver que, aunque la inhibición de la actividad del NO no afectaba a los niveles de peroxidación lipícida, sí es una molécula de que disponían los fotobiontes para hacer frente al plomo durante la rehidratación, aunque no es la única defensa que poseen.

Por todo ello se ha podido ver en este trabajo que el plomo afecta significativamente a la fisiología liquénica, siendo el NO una defensa frente a este contaminante, por lo que su inhibición aumentaría la sensibilidad frente al plomo, pudiendo llegar a afectar en última instancia a las poblaciones liquénicas.

Homenaje de científicos españoles a Lynn Margulis

Lynn Margulis es la autora de la formulación y defensa, en su forma actual, de la Teoría Endosimbiótica del origen evolutivo de orgánulos celulares como la mitocondria y el cloroplasto. Pero su influencia en el mundo científico va mucho más allá. Fue una científica rompedora, que aportó unas ideas totalmente novedosas, y de paso, generó mucha polémica.

En España hizo muchos seguidores y amigos. Colegas que ahora, poco después de su muerte, dedican en su memoria una serie de interesantes trabajos. El libro en el que se ha reunido este compendio puede ser descargado gratuitamente pinchando en el enlace de Carmen Chica Rueda, la responsable de su publicación, si bien también se puede comprar por un precio muy razonable una versión en papel.

Entre los artículos, podéis encontrar uno de la Prof. Eva Barreno, Catedrática de Botánica de la Universidad de Valencia, y eminente experta en liquenología. La Prof. Barreno, con la que colaboramos de forma habitual, conoció personalmente a Lynn Margulis y nos explica cómo los líquenes son paradigmáticos en el mundo de la simbiogénesis.

En fin, una lectura muy recomendable.

¿Quieres saber por qué nos emocionan los líquenes? Entrevista con la catedrática de botánica Eva Barreno

Os recomiendo esta entrevista a la Prof. Eva Barreno, Catedrática de Botánica de la Universidad de Valencia e investigadora principal de los proyectos en los que yo misma colaboro estudiando la biología celular y la bioquímica ambiental de los líquenes para descubrir cómo hacen las cosas increíbles que hacen. Estos organismos son más que eso, son verdaderos microecosistemas complejos pero pequeños y fáciles de manipular y estudiar. Profundizar en su estudio seguro que proporcionará réditos no sólo para la ciencia básica, sino también para la biotecnología e incluso para nuestra nutrición y salud. Si quieres leerla pincha aquí: inforuvid.

Farmer Fungi | The Scientist Magazine®

Muy interesante ya que cada vez son más los datos que apoyan la enorme cantidad de asociaciones mutualistas o simbiosis existentes en el mundo biológico. A nosotros, que trabajamos en las simbiosis liquénicas, esta faceta de los hongos nos parece apasionante ¿será generalizada?

Farmer Fungi | The Scientist Magazine®.