Ambientes hipersalinos y sus aplicaciones

Los ambientes hipersalinos son ecosistemas fascinantes que se caracterizan por su alta concentración de sal en el agua. La salinidad del mar Mediterráneo se sitúa entre el 3’5 y 3’8%, lo que lo sitúa entre los mares más salados del planeta. Los ambientes hipersalinos, sin embargo, son aquellos que presentan una concentración de sal superior al 5%, por lo que podemos clasificar como hipersalino cualquier ambiente que presente una concentración de sal superior a la del mar Mediterráneo. En España, dos de los lugares más destacados que albergan ambientes hipersalinos son las lagunas saladas de Torrevieja y La Mata, ubicadas en la provincia de Alicante. Estas lagunas son consideradas auténticas joyas naturales y son conocidas por su belleza escénica y su singularidad. La salinidad excepcionalmente alta se debe a la evaporación del agua y a la presencia de minerales disueltos en la cuenca.

Las lagunas saladas de Torrevieja y La Mata han sido históricamente empleadas para la extracción de sal, en un proceso eficiente y natural en el que se esconde un proceso científico muy importante. El primer paso en el proceso de extracción corresponde a la recolección de agua, en el que, por medio de canales y canaletas, el agua del mar entra hacia la primera laguna (La Mata), que actúa como «concentradora». En esta laguna comienza la evaporación del agua debido a un aumento de la relación «superficie-volumen», que favorece dicho proceso. En esta laguna comienza también la precipitación de diferentes sales, como el carbonato y sulfato cálcico. En la siguiente etapa, el agua de esta laguna pasa a la siguiente laguna (Torrevieja), que actúa como «cristalizadora», donde continúa la evaporación del agua y se llega a la precipitación del cloruro sódico, que es recogido y tratado para su venta y consumo. En este trayecto, la concentración de sal aumenta, llegando a ser mayor al 30% en la última laguna, es decir, diez veces superior a la salinidad del mar.

Figura 1. Imagen satélite de las lagunas saladas de Torrevieja y La Mata. Fuente: NASA (https://ciencia.nasa.gov/las-acuarelas-de-torrevieja).

Este proceso de extracción está muy ligado a las características ambientales, que también desempeñan un papel crucial en este tipo de ambientes, influyendo en la diversidad biológica y en los procesos ecológicos que ocurren dentro de ellos. Estos ecosistemas extremos presentan una serie de particularidades ambientales que los hacen únicos y que hacen de la supervivencia un fenómeno complicado.

El principal factor distintivo de los ambientes hipersalinos es su alta concentración de sal, lo que representa un desafío para la vida acuática. A pesar de las condiciones extremas, los ambientes hipersalinos albergan una sorprendente diversidad biológica. Las lagunas saladas también se caracterizan por su alcalinidad y su pH extremo. Estas condiciones adversas son resultado de la interacción entre la concentración de sales y la actividad microbiana en el agua. La alta alcalinidad y el pH pueden influir en la disponibilidad de nutrientes y en la composición química del agua, moldeando así la comunidad de organismos que puede habitar en estas lagunas. La exposición a las altas temperaturas e intensa radiación solar son factores que conllevan a la generación de un elevado estrés en los microorganismos que los habitan. Los microorganismos que habitan en estos ambientes se denominan halófilos (amantes de la sal), y han desarrollado adaptaciones únicas que les permiten sobrevivir y prosperar en este entorno hostil.

Figura 2. Imagen de la laguna salada de Torrevieja tomada en verano

Diversidad microbiana de las lagunas saladas

Los microorganismos que se pueden encontrar en este tipo de ambientes son muy diversos, perteneciendo a los tres dominios de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas. La diversidad de estos microorganismos varía significativamente en el mismo ecosistema, debido principalmente a la variación de estos factores ambientales. Conforme aumenta la concentración de sal, la diversidad de microorganismos disminuye, es decir, existe un menor número de especies diferentes. El número de bacterias y eucariotas disminuye, mientras que las denominadas arqueas halofílicas aumentan considerablemente. Este tipo de microorganismos presentan adaptaciones muy eficientes a la concentración de sal, por lo que pueden habitar este tipo de ambientes sin ningún problema.

Dentro del dominio de las bacterias, la especie más característica y representativa de este tipo de ambientes es la conocida como Salinibacter ruber. Esta bacteria es capaz de soportar grandes concentraciones de sal mediante el mecanismo llamado «salt-in», que consiste en acumular concentraciones de iones K⁺ yCl^— dentro de su organismo para equilibrar así su interior celular y evitar la pérdida de agua y muerte celular. Además, presentan una coloración rosa debido a la producción de pigmentos carotenoides.

El dominio eucariota se encuentra representado principalmente por microorganismos, considerados modelo, característicos de estos ambientes, como son las especies pertenecientes al género Dunaliella. Estas microalgas son conocidas por ser los productores primarios en este tipo de ecosistemas. Presentan un mecanismo de adaptación a altas concentraciones de sal muy eficiente y han surgido como una buena factoría celular en biotecnología, debido a la producción de pigmentos carotenoides (que son los encargados de aportar este color característico a la laguna salada de Torrevieja en los meses de verano).

El tercer dominio representativo de este tipo de ambientes son las denominadas arqueas halófilas. La especie más abundante en este tipo de ambientes es la denominada Haloquadratum walsbyi, que presenta una morfología rectangular característica. Otras especies importantes en este tipo de ambientes son las pertenecientes a los géneros Halorubrum y Haloferax. Las especies pertenecientes a este dominio también se caracterizan por un eficiente mecanismo de adaptación a las altas concentraciones de sal mediante la acumulación de iones, y por la producción de pigmentos carotenoides.

En ambientes hipersalinos cercanos a la saturación de sal es habitual encontrar virus. Cerca de 100 tipos diferentes de virus han sido identificados, de los cuales 90 infectan a arqueas y 10 a bacterias. Estos virus actúan como control poblacional que mantiene equilibrada las poblaciones de microorganismos en el ecosistema.

Arqueas halofílicas y sus potenciales aplicaciones en biotecnología y biomedicina

Los microorganismos halófilos presentan todas las características necesarias para poder ser usados como factorías celulares en biotecnología. Su importancia está relacionada con la adaptación a estos tipos de ambientes. Estas adaptaciones únicas hacen que estos ecosistemas sean de gran interés científico, ya que proporcionan conocimientos sobre la capacidad de la vida para adaptarse y sobrevivir en entornos extremos. Además, estos microorganismos son capaces de producir biomoléculas que faciliten la supervivencia como pigmentos carotenoides, biopolímeros, bioplásticos o proteínas.

Los denominados pigmentos carotenoides son producidos por arqueas y demás microorganismos halófilos como mecanismo de protección frente a diversos tipos de estrés, como la radiación solar, la alta concentración de sal y la concentración de oxígeno. Estos pigmentos pueden ser empleados en diferentes industrias como la alimenticia (colorantes) o en biomedicina como antioxidantes, agentes de prevención frente a enfermedades cardiovasculares, etc.

El microorganismo Haloferax mediterranei es capaz de producir un carotenoide denominado bacteriorruberina. La importancia de este pigmento frente a otros radica en su mayor capacidad antioxidante. Ensayos recientes han demostrado la capacidad anticancerígena que presenta este pigmento frente a diferentes tipos de líneas celulares de cáncer de mama. El estrés oxidativo puede estar involucrado en la aparición y el desarrollo de este tipo de enfermedades. Mediante la capacidad antioxidante de estos pigmentos se podría prevenir este desarrollo actuando en los procesos bioquímicos que permiten el desarrollo de estos tumores. Este tipo de investigaciones se encuentran en su punto inicial y pueden suponer una buena línea de investigación en el futuro.

Otra biomolécula con un alto interés biotecnológico son los denominados bioplásticos (conocidos como polihidroxialcanoatos). Los polihidroxialcanoatos o PHAs de haloarqueas exhiben una alta resistencia térmica, una notable estabilidad frente a la radiación ultravioleta y una amplia gama de propiedades mecánicas. Además, su biodegradabilidad y biocompatibilidad los convierte en una alternativa prometedora a los plásticos convencionales. Estos polímeros naturales han despertado un creciente interés en la industria y la investigación científica, ya que podrían desempeñar un papel clave en la producción de bioplásticos sostenibles y en la búsqueda de soluciones respetuosas con el medio ambiente.

La producción de este tipo de polímeros también se realiza como un mecanismo de adaptación frente a este tipo de ambientes. La producción de estas biomoléculas se realiza como almacenamiento de nutrientes y de energía. En este tipo de ambientes, los microorganismos se enfrentan a fluctuaciones en la disponibilidad de nutrientes. Como respuesta a estas condiciones, las haloarqueas acumulan PHAs en forma de inclusiones intracelulares cuando se encuentran en presencia de un exceso de carbono y una limitación de otros nutrientes esenciales, como el nitrógeno o el fósforo.

Figura 3. Imagen microscópica en la que se observa el microorganismo Haloferax mediterranei. En el interior de la célula se pueden observar los polihidroxialcanoatos, en forma de gránulos blancos que ocupan la práctica totalidad del interior de la célula.

En resumen, las lagunas saladas de Torrevieja y La Mata constituyen un tesoro paisajístico y científico. La diversidad microbiológica en las lagunas saladas es una fuente inagotable de bioactividad y potencial biotecnológico. Las biomoléculas producidas por los microorganismos adaptados a estos ambientes extremos poseen características singulares, que permiten ser un foco importante de atención en la industria biotecnológica y biomédica. El estudio de la diversidad microbiológica en las lagunas saladas no sólo nos brinda una visión fascinante de la adaptación de los microorganismos a entornos extremos, sino que también nos abre las puertas a un mundo de posibilidades biotecnológicas. La exploración y comprensión de las biomoléculas producidas en el proceso de adaptación de los microorganismos a estos ambientes prometen beneficios tanto para el avance científico como para el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas innovadoras en diversos campos.

 

Guillermo Martínez Martínez. PhD en Biología Experimental y Aplicada. Investigador del grupo Bioquímica Aplicada de la Universidad de Alicante.

 

El texto del cual ha sido extraído este artículo es un artículo científico publicado en una revista científica cuyo título es: Hypersaline environments as natural sources of microbes with potential applications in biotechnology: The case of solar evaporation systems to produce salt in Alicante County (Spain). Los autores son Guillermo Martínez Martínez, Carmen Pire Galiana y Rosa María Martínez Espinosa, del grupo de investigación «Bioquímica Aplicada» de la Universidad de Alicante.