UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
DOCTORADO EN CIENCIAS BIOMÉDICAS
CENTRO DE CIENCIAS GENÓMICAS
INSTITUTO DE BIOTECNOLOGÍA
SEÑALIZACIÓN ENTRE LA AUTOFAGIA Y LA RESPUESTA A
PROTEÍNAS NO PLEGADAS DURANTE EL PROCESO DE
NODULACIÓN EN Phaseolus vulgaris
TESIS
QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE:
DOCTOR EN CIENCIAS
PRESENTA:
EUNICE ALEJANDRA ZAYAS DEL MORAL
DIRECTOR DE TESIS:
MIBB. MA. DEL CARMEN M. QUINTO HERNÁNDEZ
INSTITUTO DE BIOTECNOLOGÍA
COMITÉ TUTOR:
DRA. ALEJANDRA A. COVARRUBIAS ROBLES
INSTITUTO DE BIOTECNOLOGÍA
DRA. MA. DE LOURDES MASSIEU TRIGO
INSTITUTO DE FISIOLOGÍA CELULAR, UNAM
EN MEMORIA DEL DR. FEDERICO E. SÁNCHEZ RODRÍGUEZ
CUERNAVACA, MORELOS ENERO DE 2020
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
  
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
  
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
  
 
Agradecimiento institucional
El trabajo presentado en esta tesis fue realizado como parte del Programa
de Doctorado en Ciencias Biomédicas, UNAM, sede Centro de Ciencias
Genómicas e Instituto de Biotecnología con apoyo de la beca CONACYT
No. 317533, bajo la dirección del Dr. Federico Sánchez y la MIBB Carmen
Quinto, en el Instituto de Biotecnología, UNAM.
2
Dedicatoria
Federico y su último cambio de oficina
Genómicas y el primer encuentro en la oficina de Fede
La primera vez que pisé tu oficina fue para pedir un espacio en tu grupo al terminar mi primer
semestre en la LCG. Iba llena de miedo, había tenido medio año de cambios muy drásticos a la
par con la entrada a la licenciatura, las cosas no estaban yendo tan bien, pero estaba muy
segura de que quería trabajar con plantas. Y me topé con el mejor primer mentor y profesor en
la Licenciatura en Ciencias Genómicas que pude tener, el cual, además, era experto en
plantas: Federico Sánchez. Sin dudarlo, me diste la bienvenida a tu grupo y ahí comenzó esta
historia. El trabajo con los Sánchez fue un gran impulso para seguir en todo (diría un
salvavidas), y hasta tuve mi primer seminario con pastel de cumpleaños, ¿cómo no me iba a
querer quedar un buen rato ahí?
Los alumnos no caben, recorten la oficina
Sin duda visitarte en tu oficina era un acontecimiento emocionante: entrabas con una pregunta
o una idea y salías con veinte más y mucho trabajo por hacer. No era extraño escuchar salir de
ahí una buena carcajada, y claro, ¿por qué no?, de vez en cuando algún regaño. Además, era
como visitar el museo: tus libros, tus fotos, tus fósiles, tus calendarios y orquídeas, el lugar ideal
para uno que le gusta descubrir cosas emocionantes. También era la adrenalina de reportar
algún resultado. Y si bien era un espacio para concentrarte en tu trabajo, siempre tenías un
momento y disposición para cada uno de tus –muchos– visitantes. Un día decidiste recortarla,
ante la necesidad de espacio para todos los estudiantes que tuvimos la fortuna de pasar por tu
grupo, todos los que junto con tu equipo de asociados, técnicos y extranjeros visitantes fuimos
parte de “Los Sánchez”.
Entre experimentos, ideas, hipótesis por probar y buen ambiente, después de la licenciatura no
fue nada difícil decidirse a continuar el proyecto que había iniciado y emprender el doctorado
contigo.
¿Cómo llegar a la oficina de un científico o científica?
Agradezco todas las oportunidades que abriste para nosotros durante este tiempo: de
experimentar, de aprender, de conocer nuevos horizontes, de amar a nuestro país y nuestros
recursos, de disfrutar haciendo ciencia y compartirla con el mundo. Pero en particular,
agradezco una muy importante: la de permitirnos dedicar un tiempo para enseñar a sembrar
curiosidad y amor por la ciencia en otras personas. Si algo sabías hacer muy bien era justo
eso, y día a día nos lo transmitiste, y nos remarcaste lo importante de sembrar esas semillitas
principalmente en niños y jóvenes. Y de ahí que cada Sánchez tuvo que sacar el poquito de
gracia –que parecía requisito en la solicitud de entrada al grupo– para divulgar la ciencia. Sigue
3
siendo indispensable mostrar a más personas que llegar a la oficina de un científico como tú
puede ser una experiencia increíble.
Federico Sánchez y su último cambio de oficina
Recientemente en una conferencia en el Colegio en el que trabajo, nos dejaron una reflexión:
¿quién fue ese profesor que marcó tu vida?
Recuerdo la mañana en que nos llamaste temprano a tu oficina. Íbamos llegando apenas, y con
urgencia nos hiciste entrar… No era para trabajo, era para ver los primeros rayos de sol
alumbrando la raíz del árbol que se veía por tu ventana. En verdad era una obra de arte
natural, ver las curvas de esa raíz con sus sombras, en tonalidades sepia por los rayos del sol.
Fue un privilegio tener un profesor de vida como tú, alguien que con el ejemplo nos enseñó a
disfrutar y conectar la ciencia con el arte, la música, la comida, la bebida, el deporte y mil cosas
más. La última vez que nos vimos fue en tu nueva oficina del tercer piso, después de una
plática de esas en las que para no variar salí con un post-it lleno de ideas. Aunque se me hacía
tarde, esperé platicando lo más que pude antes de ir a clase, mientras llegaban por ti, porque
irías a nadar. ¡Siempre ejemplo de energía!
Luego, hiciste un último cambio de oficina. Tardé unos cuantos meses en localizarla después
de despedirte físicamente. Fue un día en el que estaba en el salón con mis alumnos de prepa
trabajando en sus proyectos de investigación, el ejercicio consistía en generar preguntas para
elegir sus temas, invitarlos a pensar, cuestionarlos. De repente volteé a la ventana y miré el
árbol que se ve desde ahí. Sus raíces. Así como las de tu ventana, más largas, más grandes,
más ramificadas. En ese momento entendí que ahí seguías, que esta vez solo habías ampliado
4
tu oficina, y que ahora te podíamos encontrar ahí: en las raíces, en las preguntas, en cada idea
de cada estudiante, en cada lectura o canción que nos recomendaste, en cada tema del que
nos hablaste, en cada historia que un día sembraste y que ahora germina en el corazón de
quienes tuvimos el gusto de conocerte, y hace eco en muchos más.
Gracias por ser ese “padre académico”, mío y de muchos, gracias por hacernos sentir familia a
“Los Sánchez”, que a la fecha seguimos conectados y transmitiendo eso que sembraste desde
nuestras diferentes trincheras. Gracias por mostrarnos y compartirnos el gran amor por tu
familia, sin duda ejemplar. Me tomó mucho tiempo entender cómo cerrar esta parte del camino
que aprecio tanto, pero estoy lista.
Te dedico esta tesis, con todo mi cariño y admiración, hasta todos los rincones de tu oficina
ampliada, desde donde nos sigues acompañando, mi querido Profesor, Federico Sánchez.
5
Agradecimientos
Gracias mamá por ser guerrera y valiente, agradezco infinitamente que podamos seguir
compartiendo estos momentos. Gracias papá por tu incondicional apoyo. Gracias por todo su
amor y paciencia en esta parte del camino. Gracias a mi familia, por estar ahí siempre
apoyando en todo con mucho amor.
Gracias a mis amistades que estuvieron siendo siempre el motor, compañía, crítica y apoyo
invaluable. Son esa familia que la vida me dejó elegir para compartir la vida, les quiero mucho.
Gracias a todos los Sánchez, por ser colegas, amigos, familia, por convertir esta época en algo
invaluable.
Gracias a todos los Quinto y los Cárdenas, terminar proyectos y experimentos habría sido
imposible sin su invaluable amistad, compañía y apoyo.
Agradecimientos académicos
A mi comité tutor:
Al Dr. Federico Sánchez, por compartirnos toda su energía como tutor, profesor, amigo
entrañable.
A la Dra. Carmen Quinto por su gran disposición y apoyo en todo momento para concluir el
doctorado, por su gran ejemplo de frotaleza. Gracias por tu paciencia, gracias por insistir.
A las Dras. Alejandra Covarrubias y Lourdes Massieu, con quienes siempre fue un placer
compartir y discutir los resultados, y recibir su retroalimentación.
A los académicos del Instituto de Biotecnología:
Al Dr. Luis Cárdenas y todos los miembros que fueron o son parte de los grupos que conforman
el consorcio, por su apoyo y amistad, indispensables para concluir esta tesis.
A la Dra. Georgina Estrada Navarrete, por compartirme toda su experiencia y disposición,
apoyando siempre en la planeación y desarrollo de estos proyectos.
A la Dra. Claudia Díaz por su colaboración en la discusión de resultados y redacción del
artículo, esenciales para concluir este trabajo.
Al MB. Juan Elías Olivares, por su apoyo en el manejo de anticuerpos y en la electroforesis con
geles de acrilamida.
A la QFB. Xóchitl Alvarado-Affantranger, por su apoyo en el trabajo de Microscopía de tejidos
vegetales.
Al M. en C. Damián Martínez Reyes, estudiante de la LCG, cuya colaboración en este proyecto
fue muy valiosa.
6
A los miembros de la Unidad de Secuenciación Masiva y Bioinformática, el Dr. Fidel Alejandro
Sánchez, la M. en C. Verónica Jiménez Jacinto, la Dra. Leticia Vega Alvarado y al Dr. Ricardo
Alfredo Grande por su asesoría y apoyo en la secuenciación y en los análisis transcriptómicos.
Eugenio López y Jorge Yañez por la síntesis de oligonucleótidos y secuencia de ADN.
A la Biol. Olivia Santana por su apoyo y cuidado del cepario del laboratorio.
A la Biol. Noreide Nava por su apoyo y disposición como técnico experimental.
A los académicos del Centro de Ciencias Genómicas:
Al Dr. Alfonso Leija por su apoyo en los experimentos de reducción de acetileno.
A la Dra. Esperanza Martínez y al Dr. Luis Servín (ahora Investigador en la ENES-Morelia) por
invitarme a colaborar descubriendo las bacterias predilectas de cada especie de Phaseolus y
ver mi calle llena de leguminosas y mi jardín como los lugares biodiversos y fascinantes que
son.
A los que nos abrieron la puerta de su laboratorio para la realización de proyectos
experimentales con estudiantes de secundaria y bachillerato en este período.
A los miembros del jurado
Carmen Quinto Hernández
Instituto de Biotecnología, UNAM
Esperanza Martínez Romero
Centro de Ciencias Genómicas, UNAM
Georgina Hernández Delgado
Centro de Ciencias Genómicas, UNAM
Miguel Lara Flores
Instituto de Biología, UNAM
Lorenzo Segovia Forcella
Instituto de Biotecnología, UNAM
7
8
Índice
Agradecimiento institucional 2
Dedicatoria 3
Federico Sánchez y su último cambio de oficina 4
Agradecimientos 6
Agradecimientos académicos 6
Índice 9
Resumen 9
Introducción general 12
Phaseolus vulgaris: una leguminosa modelo de importancia mundial 12
La interacción simbiótica Rhizobium – Phaseolus vulgaris 14
La interacción entre frijol y Rhizobium, un escenario de estrés 17
I. Señalización entre la autofagia y la respuesta a proteínas no plegadas durante el
proceso de nodulación en Phaseolus vulgaris 23
Respuesta a proteínas no plegadas 23
Respuesta a proteínas no plegadas en plantas 26
La interacción simbiótica como un escenario de estrés 26
UPR: un mecanismo por evaluar durante la nodulación 27
HIPÓTESIS 28
OBJETIVO GENERAL 28
OBJETIVOS PARTICULARES 28
METODOLOGÍA 28
Identificación bioinformática de los componentes de la vía de UPR en frijol 28
Inmuno detección de la autofosforilación de IRE1 29
Detección de actividad del dominio de ribonucleasa de IRE1 medida a través del
mensajero blanco, homólogo a AtbZIP60 29
Crecimiento de las plantas para la cinética de nodulación 31
Extracción de ARN 32
RT-PCR semicuantitativo 32
Cuantificación de los niveles de transcrito por análisis de transcripción reversa
cuantitativa (PCR cuantitativa) 33
RESULTADOS 34
Identificación de los componentes de la vía de UPR en frijol 34
Actividad del dominio de ribonucleasa de IRE1 detectada a través del procesamiento del
mensajero blanco PvbZIP60, homólogo a AtbZIP60 35
Procesamiento del mensajero blanco PvbZIP60 durante el desarrollo del nódulo
simbiótico en Phaseolus vulgaris 41
9
DISCUSIÓN 44
CONCLUSIONES 44
Perspectivas 46
Autofagia 46
Phaseolus vulgaris como modelo de estudio de UPR 47
II. Transcriptómica, Identificación génica y análisis de genómica funcional de nódulos
fijadores de nitrógeno de Phaseolus vulgaris, Phaseolus acutifolius (Tepari bean) y Vigna
unguiculata (cowpea) en cultivos resistentes a calor 47
Antecedentes 47
Simbiosis en otras especies del género Phaseolus 50
Objetivos de la investigación y productos anticipados 51
Objetivo general 51
Objetivos específicos: 51
Plan de trabajo: 52
Materiales y métodos 52
Cultivares 52
Substrato 52
Riego 52
Cepas bacterianas 52
Condiciones de la cámara de crecimiento 52
Selección de genotipos tolerantes a estrés por calor 53
Crecimiento de las plantas 53
Extracción de ARN 55
Secuenciación de transcriptomas (RNA-seq) 55
Análisis de transcriptomas 55
RT-PCR cuantitativa 56
Inmunolocalización 56
RESULTADOS 57
Selección de genotipos tolerantes y sus correspondientes bacterias simbióticas 57
Efectos del estrés por calor sobre los niveles de fijación de nitrógeno 59
Análisis de transcriptomas de nódulos bajo condiciones de estrés por calor 63
Genes diferencialmente regulados en nódulos de 20 dpi bajo condiciones de estrés por
calor 65
CONCLUSIONES 1
BIBLIOGRAFÍA 69
Abreviaturas 80
III. Divulgación y Docencia 80
A) Docencia 80
B) Más Ciencia Por México 82
10
C) Libro: Un Mundo de Bacterias 83
D) Obra de teatro El Romance de una Bacteria Benéfica y Una Planta 83
11
Resumen
La relación simbiótica entre Phaseolus vulgaris y Rhizobium, es un proceso que ha sido
ampliamente estudiado por la importancia que tiene a nivel de ecosistema, y en la producción
de cultivos. El desarrollo de los nódulos simbióticos que se forman para que Rhizobium pueda
efectuar la fijación de nitrógeno implica una serie de cambios a nivel celular que conllevan el
remodelamiento al interior de las células y gran actividad en la regulación de diversas vías
metabólicas para recibir y albergar al hospedero. Dentro de estos procesos, se han identificado
diversos factores asociados al estrés como la producción de especies reactivas de oxígeno,
flujos de calcio, producción de hormonas y la expresión de factores de transcripción
compartidos en vías de respuesta a estrés biótico y abiótico. Esto sugiere que las células del
nódulo enfrentan condiciones de estrés con las cuales deben contender a lo largo del proceso
para que la infección y actividad del nódulo se lleven a cabo. En este trabajo, doy continuidad a
mi tesis de licenciatura en la cual, a través del estudio de la expresión, localización y
silenciamiento de la chaperona Hsp70/BiP, asociada a estrés por calor y respuesta a proteínas
mal plegadas, identificamos que tiene un papel importante en la actividad e integridad de los
simbiosomas en nódulos determinados de 18 a 22 días post inoculación. La gran cantidad de
membranas de simbiosomas, la presencia de Hsp70/BiP en la membrana de estos y el gran
incremento en la síntesis de proteínas como la leghemoglobina durante la etapa activa de
fijación de nitrógeno sugería que la actividad de Hsp70 podía tener un papel importante como
regulador de estrés. En la última década, una de las respuestas a estrés más estudiadas en
plantas es la respuesta a proteínas mal plegadas (UPR por sus siglas en inglés), la cual tiene
como uno de sus principales y muy conservados reguladores a Hsp70/BiP. En este proyecto
evaluamos la actividad de UPR empleando diversos marcadores a lo largo del desarrollo del
nódulo e identificamos que está activa en momentos clave como lo es la etapa de fijación de
nitrógeno y la senescencia, lo cual sugiere que mantener la homeostasis del abundante retículo
endoplásmico de las células infectadas, y posiblemente también del simbiosoma, es un proceso
clave para mantener la actividad de fijación de nitrógeno. La conexión de esta respuesta con
otras vías como la autofagia, nos abren más preguntas para estudiar cómo interactúan entre
ellas para mantener la homeostasis de las células infectadas.
12
Por otra parte, entender los mecanismos de estrés en el nódulo simbiótico, nos abre la puerta
para estudiar en un escenario de campo, cómo contienden los diferentes genotipos de
Phaseolus vulgaris con las condiciones adversas que se presentan actualmente, como lo es el
estrés por calor. Por lo que, como segunda parte de este proyecto, presentamos un análisis
transcriptómico en el que buscamos identificar genes que se regulan diferencialmente ante
condiciones de calor en genotipos sensibles y resistentes de Phaseolus vulgaris.
13
Introducción general
Phaseolus vulgaris: una leguminosa modelo de importancia
mundial
Phaseolus vulgaris L., el frijol común, es una leguminosa relevante, económica y
socialmente a nivel mundial, ya que representa una importante fuente de proteína y
carbohidratos, principalmente en países en desarrollo. Pertenece al género Phaseolus
L. de la familia Leguminosae, tribu Phaseoleae, y es el más diverso de la subtribu
Phaseolinae. Es una especie diploide con 11 cromosomas, un tamaño mediano de
genoma, un rango de 588 a 637 Mbp (Bennet and Leitch, 2005) y un contenido de G+C
del 39.4% (Baxter y Kirk, 1969). Esta leguminosa establece una interacción simbiótica
con bacterias del suelo del género Rhizobium. Estas bacterias inducen el desarrollo de
nódulos fijadores de nitrógeno en las raíces del frijol común, proveyendo amonio como
fertilizante a partir del N2 atmosférico, muy relevante en la producción de sus semillas.
Ante su gran importancia, el frijol común ha sido una especie ampliamente estudiada
en diversos aspectos. A nivel de genoma, en el 2005, fueron reportados los primeros
marcadores de secuencia expresada (Expressed Sequence Tags; ESTs) de P. vulgaris
y P. coccineous, incluyendo información de secuencias de nódulos fijadores de
nitrógeno, raíces deficientes de fósforo, vainas en desarrollo y hojas (en la ahora
extinta base de datos http://compbio.dfci.harvard.edu/tgi/). Dos grupos en paralelo
trabajaron para obtener la secuencia del genoma completo de P. vulgaris. El primer
genoma correspondiente a P. vulgaris L. se liberó en el 2014, encabezado por el Dr.
Scott Jackson, de la Universidad de Georgia, bajo la supervisión de los protocolos del
Joint Genome Institute (JGI), con la secuencia del genoma del genotipo andino G19833
(Schumtz et al. 2014). A partir de entonces, la curación de este genoma ha sido
mejorada en varias versiones disponibles en la base de datos Phytozome
14
(https://phytozome.jgi.doe.gov). Un esfuerzo paralelo realizado por el Phasibeam –
Genome CYTED International Initiative (Mexico-Spain-Brazil-Argentina) obtuvo el
genoma de Phaseolus vulgaris BAT93, en conjunto con el transcriptoma (bajo
diferentes condiciones de desarrollo y condiciones de estrés) de este genotipo
Mesoamericano sensible a sequía y calor. La publicación fue presentada en enero del
2016 por Vlasova et al. con la liberación de la secuencia completa de su genoma,
consorcio en el cual participó el grupo del Dr. Federico Sánchez.
En las últimas dos décadas gracias a las tecnologías “ómicas” hemos podido integrar
cada vez más información de campo y experimental con la de las secuencias
genómicas de los frijoles andino y mesoamericano, así como analizar sus
transcriptomas y proteomas en diversas condiciones para develar su origen e historia
de domesticación, y aportar a la comprensión de un sinnúmero de procesos (O’Rourke
et al. 2014, Rendón-Anaya et al. 2017).
La interacción simbiótica Rhizobium – Phaseolus vulgaris
El nitrógeno es uno de los nutrientes más relevantes para la planta, cuya disponibilidad
es una limitante para su crecimiento y desarrollo. A pesar de que el N2 es el elemento
más abundante en la atmósfera, no se encuentra disponible en una forma asimilable
para el metabolismo de la planta. La molécula de N2 es muy estable al tener un triple
enlace covalente, por lo que requiere grandes cantidades de energía y condiciones
reductoras para reducirla a NH3 (NH4
+), por lo que la mayoría de las plantas dependen
del nitrógeno reducido en el suelo en forma de nitrato (NO3
-), que puede obtenerse a
partir de la mineralización del nitrógeno contenido en la materia orgánica del suelo, en
condiciones de temperatura y humedad muy específicas, lo cual sigue haciendo muy
limitante su disponibilidad (Philippot y Germon, 2005). Sin embargo, existen algunos
microorganismos procariotas que pueden reducir el N2 en NH4
+ empleando la enzima
15
nitrogenasa, permitiendo el aprovechamiento de nitrógeno para su supervivencia. Se
estima que la fijación biológica de nitrógeno contribuye anualmente con 140 millones de
toneladas de nitrógeno (Skot, 2003). Algunos de estos microorganismos se encuentran
en vida libre, mientras que otros se asocian a un hospedero. Es el caso de una parte
importante de la familia de las leguminosas, las cuales a través de un proceso
simbiótico pueden alojar microorganismos fijadores de nitrógeno recibiendo nitrógeno
reducido a cambio de proporcionar carbono a la bacteria. El crecimiento poblacional y
el aumento en la demanda de cultivos a nivel mundial que conlleva, han generado el
uso indiscriminado de fertilizantes nitrogenados, cuya producción industrial es cara
económica y ecológicamente, por lo que el estudio de este proceso simbiótico ha
adquirido una gran importancia en las últimas tres décadas (Skot 2003).
Como mencionamos previamente, el género Phaseolus representa una fuente de
nitrógeno para los humanos. Provee de fertilización biológica estableciendo una
relación simbiótica entre bacterias fijadoras de nitrógeno y su raíz, que en condiciones
limitantes de nitrógeno, da lugar a los nódulos simbióticos. La formación del nódulo que
alberga las bacterias implica un diálogo molecular entre la raíz y los microorganismos
del suelo. Este diálogo comienza cuando los flavonoides secretados por la raíz de la
planta inducen en la bacteria la expresión de genes nod, la cual culmina en la síntesis y
secreción de los factores de nodulación (factores Nod). Cuando el pelo radical
reconoce específicamente dichos factores, éste atraviesa cambios morfológicos y
fisiológicos que permiten a Rhizobium infectar y colonizar la raíz. Algunos de estos
cambios –deformación del pelo radical, variaciones en el flujo de calcio, producción de
especies reactivas de oxígeno, cambios en la estructura del citoesqueleto y
relocalización de organelos– constituyen señales necesarias para que las células del
córtex se dividan y progrese el avance del hilo de infección, una nueva estructura tipo
túnel por donde las bacterias penetran a través del pelo a la raíz de la planta. Como
resultado se forma un nuevo órgano, el nódulo simbiótico, en donde se lleva a cabo el
proceso de fijación de nitrógeno (descripción detallada del proceso en Popp y Ott,
2011).
16
Las leguminosas pueden desarrollar dos tipos de nódulos: los indeterminados, los
cuales tienen un meristemo persistente y presentan una infección continua (por
ejemplo, en el género Medicago), y los determinados, que tienen un tiempo de vida
definido, pierden su meristemo central y no pueden infectarse continuamente a lo largo
de su maduración (por ejemplo, los de Glycine max) (Popp y Ott, 2011).
El género Phaseolus desarrolla nódulos determinados, los cuales toman una forma
esférica y tienen un período de vida de entre 25 y 30 días posteriores a la inoculación
(dpi) con la bacteria. Tras los primeros 7 a 10 dpi es posible observar un primordio de
nódulo, un primer abultamiento en la raíz en donde se han comenzado a dividir las
células que dan lugar al nuevo órgano, y se comienzan a desarrollar hilos de infección
en los pelos radicales. Durante este período, en el interior de cada célula infectada se
produce una membrana que envuelve a las bacterias, que ahora toman el nombre de
bacteroides, a esta membrana se le conoce como membrana peribacteroidal y, en
conjunto con sus huéspedes, simbiosoma. Posteriormente en los siguientes 8 a 14 dpi
el nódulo joven comienza a madurar y entre los 15 y 21 dpi presenta la actividad de
fijación de nitrógeno (Fig. 1). En esta etapa, el transporte de nutrientes –siendo la
fuente de carbono para la bacteria a cambio de nitrógeno fijado–, y de diversos solutos
y sus transportadores que participan en la transducción de señales entre la célula
infectada y el interior de sus simbiosomas es esencial para que los bacteroides lleven a
cabo la fijación de nitrógeno (Clarke et al., 2014). El nódulo fijador de nitrógeno tiene un
característico color rosado, que se intensifica en el interior debido a la expresión de la
leghemoglobina, proteína que regula el transporte de oxígeno que recibe la bacteria
para mantener el funcionamiento de la nitrogenasa (Appleby, 1984; Appleby, 1992).
Posteriormente, ocurre la senescencia del nódulo, la cual se identifica por un rápido
decaimiento en la fijación biológica del N y su contenido de leghemoglobina y culmina
17
con la muerte del nódulo (Fernández-Luqueño et al. 2008). En cada una de estas
etapas se ha caracterizado la expresión de genes específicos relacionados a los
eventos que se presentan, mismos que conectan diferentes vías de señalización. Dada
la complejidad de las redes metabólicas implicadas en este proceso, aún hay mucho
por investigar al respecto para comprender la organogénesis del nódulo y su
funcionamiento (Pop y Ott, 2011).
Fig. 1. Organogénesis del nódulo determinado. El desarrollo del nódulo simbiótico desde el
reconocimiento entre la bacteria y la raíz, hasta la maduración del nódulo fijador de nitrógeno, están
marcados por eventos particulares de cada etapa, asociados a la expresión de los genes que se
muestran en la figura. Los primeros 7 días se caracterizan por eventos tempranos de reconocimiento
entre la bacteria y el pelo radical, y la generación del hilo infección (1-6) . De los 8 a 14 dpi la bacteria va
infectando las células (7-8), las cuales forman los simbiosomas para albergar a los bacteroides y
atienden la demanda energética regulando la señalización a través de la membrana peribacteroidal. De
los 15 a 21 dpi, una vez que el nódulo ha madurado, comienza la fijación de nitrógeno (9). Imagen
modificada de Popp y Ott, 2011.
18
La interacción entre frijol y Rhizobium, un escenario de estrés
Los análisis experimentales y bioinformáticos realizados en los laboratorios para
estudiar la interacción simbiótica entre el frijol y Rhizobium han generado un panorama
cada vez más completo de los mecanismos involucrados, sin embargo, la realidad en
los diversos ecosistemas donde se presenta implica muchas más variables a
considerar. Existen factores bióticos –microorganismos patógenos, o no, que
interactúan con Rhizobium en el suelo o los que interactúan directamente con la
planta– y abióticos –temperatura, pH, disponibilidad de agua, composición del suelo,
concentración salina, presencia de muy diversas sustancias químicas– que pueden
alterar e incluso inhibir parcial o totalmente la interacción simbiótica (Andrés J et al.,
2012). Ante la importancia de la nodulación en la naturaleza y en la producción de
alimentos, es fundamental conocer cómo contiende con estos factores, estudiando
mecanismos de defensa y respuesta a estrés a la par con el proceso de nodulación, en
sus distintas etapas.
Ante este panorama, el antecedente directo de este trabajo fue mi tesis de licenciatura,
en la cual analicé el papel de la “Heat Shock Protein” 70 (Hsp70) en los nódulos
simbióticos, una chaperona con actividad importante en respuesta a estrés, cuya
expresión ha sido reportada en proteomas de la membrana peribacteroidal,
particularmente la que tiene un péptido HDEL en el extremo C-terminal que la localiza
en el retículo endoplásmico (a partir de ahora la nombraremos Hsp70/BiP) (Panter et
al., 2000). El objetivo en dicho trabajo fue analizar el efecto del estrés por calor en la
expresión y localización de Hsp70 sobre los nódulos maduros, en uno de los días con
mayor actividad de fijación de nitrógeno (20 dpi). La expresión de Hsp70 es clave en el
restablecimiento de plantas sometidas a estrés por calor y estrés por sequía (Lin et al.,
2001, Valente et al., 2009). Nuestra hipótesis sugería que la proteína se relocalizaría en
los nódulos, principalmente en células infectadas para protegerlas y esto podría permitir
19
mantener la actividad de fijación de nitrógeno. De manera interesante, encontramos
que en los nódulos control la proteína colocalizaba con una fuerte señal en el núcleo y
nucleoide de la célula, la cual es una señal característica de estrés (Velazquez &
Lindquist, 1984), lo que sugiere que una célula infectada, en su etapa activa de fijación
de nitrógeno presenta condiciones de estrés (Fig. 2). Por otra parte, en los nódulos
sometidos a estrés por calor, observamos que la expresión de Hsp70 se redujo en el
núcleo respecto al control, pero se incrementó en las regiones donde hay membranas
peribacteroidales, en las células infectadas. Con este resultado, decidimos continuar
esta investigación para analizar cómo las respuestas a estrés asociadas a Hsp70/BiP
podrían estar participando e interviniendo en el desarrollo de los nódulos fijadores de
nitrógeno control y sometidos a estrés por calor. En muchas ocasiones se asume que
dados los procesos activos y condiciones hay estrés a lo largo de la nodulación, pero
hay información por explorar y conectar respecto a las vías de respuesta a estrés que
están activas y cómo se regulan o qué desencadenan a lo largo del proceso.
Fig. 2 La inmunolocalización de Hsp70 en nódulos
de 20 dpi de frijol sugiere estrés celular en
condiciones control
(A) Nódulo de planta de 20 dpi de Phaseolus vulgaris Negro
Jamapa
(C) Nódulo de planta de Phaseolus vulgaris Negro Jamapa,
sometida a estrés por calor; 45ºC, 2 h.
Cortes semifinos de nódulos, teñidos con azul de toluidina,
procesados a partir de los nódulos utilizados para
inmunolocalización. Amplificación de imagen: 40X
Inmunolocalización de Hsp70 en cortes semifinos de
nódulos, con anti-Hsp70 monoclonal (MA3-008; Thermo Scientific)
(B) Nódulo de planta de 20 dpi de Phaseolus vulgaris Negro Jamapa
(D) Nódulo de planta de Phaseolus vulgaris Negro Jamapa, sometida a estrés por calor; 45ºC, 2 h
Amplificación de imagen: 63X. IC, células infectadas, UC, células no infectadas. V+ flecha blanca:
vesículas. A+ flecha blanca: amiloplastos.
20
Li et al., (2008) reportó el papel de la chaperona Hsp70 de retículo endoplásmico
(Hsp70/BiP, en dicho artículo nombrada GRP78/BiP) como regulador importante en una
respuesta a estrés ampliamente conservada desde levaduras hasta mamíferos: la
respuesta a proteínas mal plegadas. El escenario de estrés que se mostraba en células
HEK293 y HeLa en las que se hizo el estudio, comparte ciertas características
reportadas en las células infectadas a lo largo del desarrollo del nódulo: cambios en
flujo de calcio, producción de especies reactivas de oxígeno, autofagia, remodelaje de
membranas mediado por cambios en el citoesqueleto, entre otras. Esto nos sugirió a
dicha respuesta como un punto de partida para generar una nueva hipótesis.
Para conocer más la función de Hsp70/BiP en los nódulos de frijol, realizamos un
silenciamiento en raíces transgénicas de frijol utilizando un RNAi dirigido a la región 3’
que contiene la secuencia de localización en el retículo HDEL. Los nódulos se formaron
y tenían un aspecto normal a los 20 dpi, en apariencia similar a los de las raíces
transformadas con el vector vacío. Sin embargo, a nivel celular, en imágenes obtenidas
mediante microscopía electrónica, en las células infectadas, el sistema de membranas
de los simbiosomas y el RE se vieron severamente afectados, observando
fragmentación tanto de las membranas peribacteroidales, como del retículo
endoplásmico (Fig. 3).
El silenciamiento no es letal, dado que, por la alta conservación de la familia Hsp70,
otras Hsp70 como las de citosol pueden cubrir algunas funciones de esta proteína. Sin
embargo, dado que no tienen la señal HDEL que las localiza en la membrana del RE,
las funciones que se asocien directamente con este sistema de membranas se pueden
ver afectadas. En este caso, sabemos que esta secuencia de localización también está
presente en las Hsp70 encontradas en las membranas del simbiosoma, por lo que el
papel en la señalización directa o indirectamente podría estar asociado a la pérdida de
integridad de las membranas del simbiosoma y del retículo endoplásmico que se
21
observa en las células infectadas de los nódulos silenciados. En conjunto con el
resultado de la inmunolocalización, propusimos que Hsp70/BiP puede participar
regulando un estrés prolongado en la célula infectada y que, al reducir su expresión,
esto conlleva a la fragmentación de las membranas del retículo endoplásmico debida a
estrés. El retículo endoplásmico es un organelo con curvaturas y topología que se
remodelan y movilizan constantemente ante distintas condiciones celulares. La
fragmentación de este organelo se ha reportado previa a la degradación por autofagia
ante diversas condiciones de estrés (Khaminets et al. 2015). En las micrografías de los
nódulos con silenciamiento de Hsp70/BiP donde observamos fragmentación del RE,
encontramos en la periferia fragmentos circulares de RE y, en las regiones centrales,
los ribosomas en acumulaciones dispersas entre los simbiosomas y no observamos
autofagosomas (3d y 3e), lo cual, aunque requiere muchas más evidencias, nos sugirió
que este proceso importante en la nodulación podría estar relacionado y afectado por la
reducción en la expresión de Hsp70/BiP.
22
Fig. 3. Fenotipo del silenciamiento de Hsp70/BiP en retículo endoplásmico y
simbiosomas de nódulos de frijol de 20 dpi.
(A) y (B) Micrografías electrónicas de células infectadas por R. tropici de nódulos de 20 dpi. (A), control
pTdT-DC-RNAi-vacío, (B) pTDT-PvBiP-RNAi. UI: células no infectadas. I: células infectadas. Los círculos
señalan un bacteroide de la célula infectada. Amplificación 6K, barra: 2𝞵m. En el control (A) observamos
bacteroides definidos envueltos en su membrana peribacteroidal, mientras que en las células de
BiP-RNAi (B), los bacteroides se ven afectados, deformes y las membranas peribacteroidales no están
definidas.
(C), (D) y (E) Micrografías electrónicas representativas de células de nódulos simbióticos en células
infectadas. (C) pTDT-DC-RNAi-vacío (región central de la célula), (D) pTdT-BiP-RNAi (región cercana a
la membrana plasmática y la pared celular), (E) pTDT-BiP-RNAi (región central de la célula). RE: flechas
negras. Cúmulos de ribosomas: flechas blancas. Amplificación: 50K, barra: 500 nm. En el panel (C)
observamos en el control un simbiosoma con membrana peribacteroidal bien definida y el RE rodeando
dicha membrana, panorama ejemplo de cada simbiosoma en la célula infectada. En las células
BiP-RNAi, en el panel (D) se observan los bacteroides dañados en uno de los pocos simbiosomas
íntegros que se encontraban particularmente en regiones cercanas a la membrana citoplasmática y
pared celular. El RE se observa fragmentado, en forma de círculos en dichas regiones (D), lo cual
corresponde a un fenotipo asociado a estrés severo. Por otra parte en las regiones centrales, no es
posible identificar la membrana del RE, y se observan cúmulos de ribosomas cercanos a pequeñas
membranas que pudieron formar parte del RE o los simbiosomas.
23
Ante este panorama, surgió la propuesta de evaluar la respuesta a proteínas mal
plegadas en los nódulos dado el papel que tiene en la manutención de la homeostasis
en el RE. En esos años se publicaron los primeros reportes acerca de la conservación
de los principales reguladores de la respuesta a proteínas mal plegadas en plantas,
mismos que describo a detalle en la siguiente sección. La pregunta que dio pie a este
proyecto de doctorado fue ¿cuál es el perfil de actividad de la respuesta a proteínas
mal plegadas en las células del nódulo a lo largo de su desarrollo? ¿es un mecanismo
de regulación de estrés ante la infección por la bacteria simbionte? Con los
antecedentes presentados, proponemos que la respuesta puede estar activa en etapas
particulares del desarrollo de los nódulos simbióticos debido a los cambios que genera
la presencia de Rhizobium a lo largo del proceso de infección, conforme el nódulo
madura y fija nitrógeno y/o durante la senescencia, ya que también en estas etapas
hemos observado procesos de degradación que pueden estar relacionados, como la
autofagia (Estrada-Navarrete et al, 2016).
Por otra parte, al inicio de este proyecto, surgió la oportunidad de colaborar con la
Agencia Internacional Atómica de Energía (por sus siglas en inglés, IAEA) en un
Proyecto de Investigación Coordinada con la temática de mejoramiento en la
adaptación de cultivos a altas temperaturas. Dando continuidad al trabajo previo de
licenciatura referente a estrés por calor y complementando nuestro objetivo del
doctorado de evaluar la actividad de respuestas a estrés en los nódulos del frijol ante
condiciones control y de altas temperaturas, decidimos investigar si en la etapa activa
de fijación de nitrógeno existen genes diferencialmente expresados que nos indiquen la
actividad y efectos de dicho estrés, así como mecanismos importantes para contender
con él.
A continuación, presento el trabajo desarrollado en estos dos proyectos durante el
doctorado.
24
I. Señalización entre la autofagia y la
respuesta a proteínas no plegadas
durante el proceso de nodulación en
Phaseolus vulgaris
Respuesta a proteínas no plegadas
El correcto plegamiento de los péptidos recién sintetizados en el ribosoma es
uno de los procesos más importantes para la célula, de ello depende el funcionamiento
adecuado de muchas proteínas, y por lo tanto el buen funcionamiento celular. Tanto en
organismos procariotas como eucariotas encontramos mecanismos muy conservados
para asegurar el plegamiento correcto. Por una parte, las proteínas altamente
traducidas tienden a ser más solubles que las de baja expresión, disminuyendo la
propensión a la agregación. Por otro lado, el ribosoma por sí mismo tiene la capacidad
de comenzar a plegar el péptido naciente antes de que salga del complejo, y
posteriormente se apoya con el uso de las proteínas conocidas como chaperonas para
plegar adecuadamente los péptidos.
Diversos experimentos han demostrado que la traducción y el proceso natural de
plegamiento han coevolucionado, generando nuevos mecanismos para el control
adecuado de este proceso, principalmente ante la gran variedad de condiciones y
estímulos que se presentan en las células de un organismo, donde los mecanismos
iniciales no siempre son suficientes para lograr el adecuado plegamiento (Sabate et al,
2010). Es así como en organismos eucariotas se ha caracterizado la respuesta a
25
proteínas no plegadas –conocida por sus siglas en inglés como UPR; Unfolded Protein
Response–.
La UPR es el conjunto de mecanismos que se activan en el retículo endoplásmico (RE)
a consecuencia de la acumulación de péptidos no plegados o mal plegados, ante
diversas condiciones de estrés tales como: bajos niveles de Ca2+, estrés oxidativo,
hipoxia, deprivación de energía, estimulación metabólica, glicosilación alterada,
respuestas inflamatorias, incremento en la síntesis de proteínas o la expresión de
proteínas mal plegadas o subunidades no ensambladas (Bernales et al, 2006, Ciyan &
Kaufman, 2012). La UPR se caracteriza por la actividad de tres vías principales:
plegamiento, traducción y degradación. Algunos de los principales componentes de
estas vías están funcionalmente conservados en levadura, mamíferos y plantas,
aunque no todos conservan homología en sus secuencias.
En mamíferos, las principales proteínas reguladoras de la vía de UPR son IRE1, ATF6
y PERK. Estas proteínas están ancladas a la membrana del RE, donde detectan a los
péptidos no plegados en el lumen del RE en estrecho vínculo con la chaperona BiP
(Hsp70 localizada en el RE) y su co-chaperona Hsp40. Ante una acumulación excesiva
de péptidos mal plegados, estas proteínas se oligomerizan, activando sus dominios
funcionales y desencadenan la cascada de señalización de la UPR. En estos
organismos, la respuesta tiene dos posibles desenlaces: la suspensión o arresto de la
respuesta debida a la recuperación de la homeostasis dentro del RE, o, tras una
exposición crónica al estrés, el aparato secretor se daña, y eventualmente
desencadena la muerte celular inducida por apoptosis. A pesar de los estudios
realizados durante varias décadas, no existe una caracterización completa de las
señales que inducen o evitan la muerte celular.
26
La actividad de esta respuesta ha sido ampliamente estudiada en diversos organismos
y tejidos, con especial atención en levaduras y mamíferos debido a su participación en
el desarrollo de patologías como síndrome metabólico, enfermedades
neurodegenerativas, inflamatorias y cáncer, por lo que es considerada un blanco
importante para sus respectivos tratamientos (Ciyan & Kaufman, 2012).
Tabla 1. Reguladores de UPR y sus funciones
Levadura Mamíferos Plantas Anotación funcional Referencias
IRE1-p IRE1a,
IRE1b
IRE1a, IRE1b Proteína localizada en la
membrana del RE, con
dominios de cinasa y
ribonucleasa. En condiciones
de estrés, se dimeriza y se
autofosforila en trans para
activar el dominio de
ribonucleasa y procesar RNA
en el citosol.
Ron y Walter,
2007
Hetz and
libmcher, 2009
Liu et al., 2012
Koizumi et al.,
2001
HAC1 XBP1 bZIP60 Factor transcripcional de tipo
bZIP, se une a ERSEs. En
condiciones de estrés, el
dominio de ribonucleasa de
IRE1 procesa el mRNA para
el que codifica este gen,
modificando su dominio
transmembranal y activándolo
como factor transcripcional.
Cox and Walter,
1996
Yoshida et al.,
2001
Deng et al., 2011
No
identificada
ATF6 bZIP28/
bZIP17
Proteína transmembranal de
tipo II, de RE. Se asocia con
BiP/Grp78/Hsp70 en
condiciones normales, se
activa y transloca a Golgi para
ser procesada, en condiciones
de estrés en RE.
Liu et al., 2007
Iwata and
Koizumi, 2012
● Tabla tomada y modificada de Zeng et al., 2019
Respuesta a proteínas no plegadas en plantas
El estudio de esta respuesta en plantas ha cobrado importancia desde que Martínez y
Chrispeels (2003) reportaron la expresión de genes relacionados con el plegamiento y
27
degradación de proteínas en Arabidopsis thaliana ante el tratamiento con tunicamicina
y DTT, inductores de UPR. Este resultado abrió paso para demostrar que la UPR está
conservada también en plantas, y a identificar los sensores transmembranales que
activan la respuesta. Desde entonces Arabidopsis ha sido empleada como modelo de
estudio para UPR, acompañada por algunos estudios en Nicotiana tabacum, en donde
esta respuesta en plantas es activada ante estrés por calor (Deng et al., 2011),
infección por bacterias (Moreno et al., 2012) y también por virus (Ye et al., 2011), y que
algunos de sus componentes tienen implicaciones en la regulación del desarrollo de la
planta (Chen & Brandizzi 2011, Deng et al., 2013). A pesar de que varios componentes
están ya funcionalmente identificados, como los sensores transmembranales IRE1 y
AtbZIP28, ortólogo de ATF6, en los últimos tres años se han registrado otros
componentes hasta ahora específicos de plantas (Arraño-Salinas et al., 2018, Hossain
et al., 2016, Pu et al., 2019) y aún hay conexiones con otras vías y mecanismos poco
estudiados que podrían ser parte importante en esta respuesta en plantas, y que
ayudarían a dilucidar cuáles son las diferencias que disparan la UPR de acuerdo a los
diferentes tipos de estrés (Fig 1.0).
Fig. 1.0 Respuesta a
proteínas mal plegadas en
plantas. En este esquema
mostramos los principales
reguladores de UPR
identificados en plantas. Hsp70
se une a los reguladores
bZIP28, bZIP17 e IRE1 en el
lumen del RE, impidiendo su
dimerización. Se propone que
HSP70 tiene mayor afinidad a
los péptidos mal plegados que
a a dichos reguladores, y ante su
presencia deja de interactuar
con ellos, quedando libres para
homo o heterodimerizarse,
activando con ello otros
dominios que desencadenan el
procesamiento de mensajeros
que activan las diversas vías de
UPR: plegamiento, traducción y
degradación. Imagen elaborada
con BioRender.com
28
La interacción simbiótica como un escenario de estrés
Los cambios orquestados a lo largo del proceso de nodulación, representan señales
potenciales de estrés para las células. Por ejemplo, la infección por Rhizobium genera
migración de los organelos durante el proceso (Perrine-Walker et al., 2014),
acompañado de la remodelación del citoesqueleto de actina (Zhang et al., 2018). Una
vez que la bacteria ha infectado a las células, se induce la producción de 30 veces más
membrana, con respecto a la membrana plasmática, para formar la membrana
peribacteroidal. Esta membrana engloba a las bacterias en el interior de las células
infectadas, las cuales contienen a las bacterias diferenciadas, que no se dividen y que
fijan nitrógeno, a las que se les da el nombre de bacteroides (Verma 1992). Asimismo,
la síntesis y plegamiento de proteínas que participan en este proceso de desarrollo del
nódulo se incrementa en sus diversas etapas. Por ejemplo, la leghemoblogina, proteína
que regula la cantidad de oxígeno que llega a los bacteroides, llega a representar el
20% de la proteína total del nódulo, también algunas proteínas de la vía de asimilación
de amonio en las células infectadas y la producción de ureidos en las células no
infectadas son ejemplos de este incremento. Adicionalmente, se ha sugerido que los
bacteroides se vuelven simbiontes auxótrofos para la leucina, por lo que la planta se los
suministra (Prell et al, 2009, Mulley et al., 2011, revisado en Dunn, 2014).).
Las respuestas a estrés son muy diversas, al igual que las rutas metabólicas que
intervienen en su regulación, algunas muy generales, otras muy específicas acorde al
estímulo. Ante los distintos escenarios de estrés, es interesante analizar cómo las
leguminosas que realizan esta interacción simbiótica contienden con estos cambios en
los puntos donde la regulación de la respuesta a estrés pueda ser crucial para la
sobrevivencia de las células ante la infección.
UPR: un mecanismo por evaluar durante la nodulación
Ante el escenario de constantes cambios que generan estrés en las células del nódulo
–tanto infectadas como no infectadas–, particularmente la alta expresión de Hsp70 en
29
el núcleo, surgió la propuesta de investigar en qué momento a lo largo del desarrollo la
respuesta a proteínas mal plegadas es un mecanismo de respuesta a estrés que se
presentan durante el desarrollo del nódulo de Phaseolus vulgaris. ¿Qué marcadores de
la respuesta a proteínas mal plegadas se activan a lo largo del desarrollo del nódulo de
Phaseolus vulgaris? ¿En qué etapas se encuentra activa la respuesta durante el
desarrollo del nódulo? Para lograr nuestro objetivo, diseñamos una metodología que
combina técnicas bioinformáticas y de biología molecular para detectar la actividad de
la respuesta en etapas iniciales y avanzadas del proceso de nodulación, la cual
describimos a continuación.
HIPÓTESIS
Dado el estrés inducido en las células que dan lugar al nódulo de Phaseolus vulgaris
ante la infección de Rhizobium, y el exacerbado incremento en la síntesis de proteínas
ante la infección, la respuesta a proteínas mal plegadas participa dentro de los
mecanismos para contender con el estrés durante la ontogenia del nódulo.
30
OBJETIVO GENERAL
Evaluar la expresión a nivel transcripcional de los principales genes involucrados en
UPR durante el desarrollo del nódulo en Phaseolus vulgaris y comparar con aquellos
descritos en procesos importantes durante la nodulación, particularmente la autofagia.
OBJETIVOS PARTICULARES
1. Identificar los genes homólogos más relevantes de la vía de UPR en el genoma de
Phaseolus vulgaris.
2. Validar los métodos para evaluar la actividad de la UPR en frijol.
3. Evaluar la actividad de UPR en diferentes etapas del desarrollo del nódulo.
4. Una vez evaluada la actividad, analizar si la expresión de genes marcadores de
UPR correlaciona con genes asociados al proceso de autofagia.
METODOLOGÍA
Identificación bioinformática de los componentes de la vía de UPR en frijol
Se realizó una búsqueda bioinformática de los genes involucrados en UPR tomando
como base los genes reportados en A. thaliana. (Lee et al., 2008, Li et al., 2008).
Inicialmente la búsqueda se realizó en la base de datos DFCI Bean Gene Index
(http://compbio.dfci.harvard.edu/cgi-bin/tgi/gimain.pl?gudb=p_vulgaris, actualmente
inactiva) seleccionando los contigs de ESTs con alta identidad. Tras la liberación del
genoma de P. vulgaris, se repitió la búsqueda en la base de datos Phytozome
(www.phytozome.net/commonbean). Se analizaron las secuencias obtenidas como
resultado de los alineamientos con sus homólogos en Arabidopsis.
31
Inmuno detección de la autofosforilación de IRE1
La proteína transmembranal IRE1 tras detectar los péptidos mal plegados se dimeriza
(homo y/o heterodiméricamente). Al oligomerizarse adquiere una conformación activa
en la cual su dominio de cinasa autofosforila en trans el oligómero, activando el dominio
de ribonucleasa. Existen anticuerpos comerciales para detectar la serina fosforilada de
IRE1 en mamíferos. Dada la conservación de IRE1 y, particularmente, del sitio de
fosforilación se hizo un ensayo de Western blotting empleando el anticuerpo para
mamíferos, con tejidos de raíz de frijol tratados con tapsigargina (2uM) y tunicamicina
(10 ug/ml) para probar el anticuerpo, sin embargo resultó ser inespecífico en plantas,
por lo que se descartó de momento esta opción.
Detección de actividad del dominio de ribonucleasa de IRE1 medida a
través del mensajero blanco, homólogo a AtbZIP60
En el análisis de la secuencia obtenida en Phytozome correspondiente al homólogo en
frijol de AtbZIP60 (Phvulv091021443), fue necesario verificar la presencia de los
dominios característicos de los factores transcripcionales tipo bZIP, así como de la
secuencia y estructura secundaria de doble tallo asa del fragmento característico que
es procesado por el dominio de ribonucleasa de IRE1. Se realizó la predicción
estructural del mensajero utilizando el software Centroidfold
(http://www.ncrna.org/centroidfold). Una vez identificado un posible doble tallo asa, se
verificó que la secuencia correspondía a la reportada en otros organismos, y la
conservación de los sitios de corte característicos de las asas.
Con base en las predicciones bioinformáticas, y en reportes previos, se diseñaron
oligonucleótidos para amplificar un fragmento del mensajero que ahora nombraremos
PvbZIP60 (Phvulv091021443), que incluye la región que hipotéticamente se procesa
por IRE1. Debido a que la diferencia de tamaño de las bandas esperadas es de 23 nts,
32
el producto de RT-PCR se corrió en geles de agarosa de alta densidad y en geles de
acrilamida, siendo estos últimos los que arrojaron mejores resultados, mostrando dos
bandas bien definidas. Para estandarizar el método con los geles de acrilamida
empleamos el producto de RT-PCR de los oligonucleótidos reportados por Nagashima
et al., 2011, amplificando a partir del cDNA de tejidos de Arabidopsis Col-0 tratados con
inductores de UPR (tapsigargina [TG] 10 ug/ul, 2h; tunicamicina [TM] 10 ug/ul, 5h;
dithiothreitol [DTT], 5h). Una vez replicado el resultado de Nagashima, realizamos
pruebas amplificando con los oligonucleótidos específicos para la secuencia de frijol
PvZIP60 a partir de cDNA de plántulas de 3 días tratadas en las mismas condiciones
que Arabidopsis (tapsigargina [TG] 10 ug/ul, 2h; tunicamicina [TM] 10 ug/ul, 5h;
dithiothreitol [DTT], 5h).
Crecimiento de las plantas para la cinética de nodulación
Las semillas de Phaseolus vulgaris negro jamapa fueron germinadas e inoculadas con
Rhizobium tropici CIAT 899 GFP bajo condiciones control. Las semillas maduras fueron
germinadas a 25ºC en la oscuridad, en charolas con toallas de papel estéril durante 48
h, e inoculadas acorde a la metodología de Ramírez et al., 2005; Estrada-Navarrete et
al., 2007; González de Mejía et al., 2003 y Verdoy et al., 2004. Las plantas inoculadas
crecieron bajo condiciones de humedad, luz y temperatura controladas durante los 20
días post inoculación (dpi) a un régimen de 28ºC/18ºC (día/noche), 65% humedad
relativa, y un fotoperíodo de 14 h en una cámara de crecimiento y riego con solución
nutritiva B&D sin nitrógeno (30 ml por planta de 0 a 10 dpi, 50 ml por planta de 10 a 20
dpi). Las raíces de cinco plántulas inoculadas fueron colectadas cada media hora de 0
a 5 h post inoculación para la primera cinética. Para la cinética de nódulos jóvenes y
maduros, se colectaron los nódulos de 5 plantas cada tercer día a partir del día 10,
hasta el día 30 post inoculación (10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 y 30 dpi) y se
congelaron en nitrógeno líquido inmediatamente después de su recolección y fueron
almacenados a -80ºC. Este experimento se repitió por triplicado para cada día de la
cinética.
33
Extracción de ARN
El tejido de las raíces de las plántulas y los nódulos congelados fue molido e
inmediatamente procesado para la extracción del ARN total a partir de los repositorios
de las tres réplicas biológicas para cada genotipo y tratamiento (24 librerías) utilizando
el kit de extracción ZYMO RESEARCH RNA “ZR Plant RNA MiniPrep” Cat. No. R2024,
como indica el protocolo (www.zymoresearch.com/downloads/dl/file/id/160/r2024i.pdf).
RT-PCR semicuantitativo
A partir del ARN extraído de las cinéticas, se sintetizó el cDNA y realizó la PCR. El
cDNA fue sintetizado empleando M-MLVRT y oligodT25 -VN de acuerdo a las
instrucciones del fabricante. Las reacciones de PCR se hicieron con 2 𝞵L de cDNA, 0.5
U de Taq Polimerasa (Invitrogen, Life Technologies, CA, EUA), buffer 10X, dNTPs 0.2
mM y 0.1 𝞵M de cada oligo. Para amplificar la región del gen AtZIP60 se utilizaron los
oligonucleótidos empleados por Nagashima et al. (2011) y PvZIP60 diseñamos los
oligos Pvbzip60uF-Pvbzip60uR los cuales amplifican una región de 208 pb en su
versión no procesada y de 185 pb cuando hay procesamiento. Como control negativo
utilizamos para amplificar el cDNA obtenido a partir de las plántulas de frijol tratadas
con tapsigargina y como positivo el cDNA de las plántulas tratadas con tunicamicina.
Las condiciones de la reacción fueron 60 s a 94ºC; 30 ciclos de 30 s a 94 ºC, 30 s a 63
ºC y 45 s a 72ºC en un termociclador DNA Thermal Cycler 480 (Perkin Elmer, EUA).
Los productos de PCR se detectaron empleando geles de acrilamida, 7 𝞵L de muestra,
al 12 % de acrilamida acorde a la resolución obtenida, con un corrimiento lento a 70 V.
Cuantificación de los niveles de transcrito por análisis de transcripción
reversa cuantitativa (PCR cuantitativa)
El cDNA de las raíces y nódulos de frijol de la cinética de 10 a 30 dpi fue empleado
para la amplificación y cuantificación de los genes PvZIP60 y PvZIP28, utilizando los
34
oligos Pvbzip60uF-Pvbzip60uR y Pvbzip28F-Pvbzip28R respectivamente. La RT-qPCR
se realizó en dos etapas utilizando el RNA total previamente purificado y cuantificado
de los tejidos de la cinética; se utilizó el kit de síntesis de cDNA Maxima First Strand
cDNA Synthesis Kit para RT-qPCR (Thermo Fisher Scientific, MA, EUA) y el kit Maxima
SYBR Green qPCR Master Mix 2X (Thermo Fisher Scientific, MA, EUA), siguiendo las
instrucciones del fabricante.
Para eliminar el ADN genómico, las muestras de ARN total fueron previamente tratadas
con 1 uL de DNasaI, libre de RNasa (Invitrogen, ThermoFisher Scientific, MA, EUA) a
37ºC por 30 min, la cual se inactivó a 65ºC por 10 min. Se adicionaron 2 uLde
oligonucléotido dT18 (0.25 ug/uL) y se incubaron 5 min a 65ºC, después se añadió a
cada tubo 8 uL de una mezcla de buffer de reacción 5X, 2 uL de inhibidor de RNAsa
(RiboLock), 1 uL de la mezcla de dNTPs 10 mM y 1 uL de transcriptasa reversa para
tener un volumen final de 20 uL; se incubó por 1 h a 42ºC y posteriormente se
transfirieron los tubos a 65ºC por 10 min.
Para la reacción de qPCR se prepararon 10 ng de ARN como molde en un volumen
final de 20 uL. Se utilizaron los oligonucleótidos específicos para cada gen (PvZIP60 y
PvZIP28). Las qPCRs se realizaron en el termociclador LightCycler480 (Roche,
Penzberg, Alemania), bajo las siguientes condiciones: una preincubación de 95ºC, 10
s; 40 ciclos a 95ºC 10s, 60ºC 10s y 72ºC 10s; y un enfriamiento a 37ºC 30s. Se utilizó
como gen de referencia el factor de elongación 1alfa, como se describió en Islas et al.
(2011) y Montiel et al. (2012). El protocolo y cálculo para la cuantificación de la
abundancia relativa de los transcritos se realizó acorde a Estrada-Navarrete et al.,
2016. Las gráficas que se presentan son el promedio de tres experimentos
independientes o réplicas biológicas y cada muestra se evaluó por triplicado dentro de
cada experimento.
35
RESULTADOS
Identificación de los componentes de la vía de UPR en frijol
Los genes identificados seleccionados mediante la búsqueda bioinformática son IRE1
A y B (proteínas transmembranales activadoras de UPR); bZIP28 (proteína
transmembranal activadora de UPR, factor transcripcional de BiP); bZIP60 (factor
transcripcional activado por IRE1) y BIP3 (chaperona de la familia Hsp70, regulador
negativo de IRE1 y bZIP28). Se comprobó la conservación de los dominios catalíticos
para los activadores de UPR, IRE1 A y B, bZIP28 y bZIP60, así como la del sitio de
fosforiliación de IRE1A y B como posible blanco para detección de actividad. El análisis
se repitió en cada actualización de la base de datos Phytozome
(https://phytozome.jgi.doe.gov/) en donde se albergan las secuencias de P. vulgaris
G19833. Encontramos algunos cambios en el gen con respecto a las secuencias
obtenidas previamente, sin embargo, validamos las registradas con los ESTs
inicialmente obtenidos previamente en DFCI (base de datos ahora inactiva).
Tabla 1. Genes principales de UPR identificados por identidad de secuencia en el
genoma de frijol
Genes Phytozome ID Homólogo en Arabidopsis
thaliana
Función
IRE1
A y B
Phvul.002G117600
Phvul.003G271000
AT2G17520.1 (IRE1-2/A)
AT5G24360.2 (IRE1-1/B)
Proteína
transmembranal
activadora de UPR
bZIP28 Phvul.001G119300 AT3G10800.1 (bZIP28)
AT2G40950.1 (bZIP17)
AT3G56660.1 (bZIP49)
Proteína
transmembranal
activadora de UPR,
factor transcripcional
de BiP
bZIP60 Phvul.006029200 AT1G42990.1 (bZIP60) Factor transcripcional
activado por IRE1
36
BIP3 Phvul.002G328904.1 AT1G09080.1 (BiP3) Chaperona de la
familia Hsp70,
regulador negativo de
IRE1 y bZIP28
A partir de este resultado se diseñaron los oligonucleótidos correspondientes para
evaluar la expresión de bZIP28, bZIP60 y BiP3 (Hsp70) como marcadores ante la
inducción de UPR en tejido de raíz y nódulo de frijol. La expresión de IRE1 A y B no
varía cuantitativamente, sólo en actividad al formar homodímeros cuando la UPR está
activa.
Es importante mencionar que UPR no es la única vía en la que participan los genes
que utilizaremos como marcadores. Sin embargo, las variaciones simultáneas en su
expresión son informativas y servirán para apoyar los resultados en conjunto con la
evaluación del procesamiento de bZIP60.
Actividad del dominio de ribonucleasa de IRE1 detectada a través del
procesamiento del mensajero blanco PvbZIP60, homólogo a AtbZIP60
Al activarse el dominio de ribonucleasa de IRE1, ésta lleva a cabo el procesamiento en
el citosol del mensajero de AtbZIP60 en Arabidopsis a modo de un splicing atípico,
cuya finalidad es eliminar un fragmento de 23 nts que forma parte de la región que
codifica para un dominio transmembranal que ubica a la proteína en el retículo
endoplásmico, en condiciones de homeostasis. Al perder este fragmento, cambia el
marco de lectura y se activa su función como factor transcripcional de genes
relacionados con plegamiento y degradación. Este procesamiento se puede detectar en
plántulas tratadas con tunicamicina (la cual inhibe glicosilación de los péptidos
nacientes, evitando su correcto plegamiento) mediante la amplificación por RT-PCR de
37
un fragmento del gen que contenga la región procesada, utilizando oligonucleótidos
que flanquean dicha región y electroforesis en geles de agarosa de alta densidad. Esto
dio como resultado dos bandas de tan solo 23 nts de diferencia, correspondientes a su
forma no procesada y procesada (Ju et al., 2005, Liu et al., 2007, Nagashima et al.,
2011, Li et al., 2012).
La secuencia identificada en el genoma de frijol como posible homólogo de AtbZIP60
(Phvulv091021443) presentó un bajo porcentaje de identidad y similitud a nivel de
nucleótidos, sin embargo, a nivel de aminoácidos, los dominios que contiene sí
corresponden a un factor transcripcional tipo bZIP (Fig.1.1). A pesar del bajo porcentaje
de identidad en la secuencia del gen, se identificó la presencia y conservación al 100%
con respecto a la secuencia reportada en Arabidopsis de los 23 nucleótidos que son
procesados por el dominio de ribonucleasa de IRE1.
La predicción de la estructura secundaria se realizó acorde a lo reportado por
Nagashima et al., (2011).
38
Fig. 1.1 Secuencia de aminoácidos correspondiente a PvZIP60
En esta figura se esquematizan los dominios presentes en la secuencia de
aminoácidos en condiciones de homeostasis (bZIP y TMD [transmembranal domain]) y
posteriormente, ante la inducción de UPR debida a estrés, en la cual se procesa un
fragmento del dominio transmembranal, cambiando el marco de lectura y dejando sólo
el dominio bZIP íntegro y activo.
Se identificaron y confirmaron la conservación de los sitios de corte en la secuencia
codificante de nucleótidos, como se señala a continuación y que se ilustra en la figura
correspondiente y en la secuencia que se encuentra a continuación.
Región subrayada: corresponde a la secuencia con la que se forman los dos tallos asa
necesarios para efectuar el procesamiento.
Región negritas: corresponde a los 23 pb procesados por la ribonucleasa IRE1
En cursivas: oligos diseñados para amplificar el fragmento que incluye el sitio de
procesamiento Pvbzip60uF-Pvbzip60uR amplifican un fragmento de 208 pb en su
versión no procesada y de 185 pb cuando hay procesamiento.
39
>Phvulv091021443 CDS
ATGTTTTTTTTCTCCCAATTTCAATTCAAATTCTTAATTCCCATGGACTCTCTCGAACAAACCCTACTC
ACCCAATTCGATTGGGATTCGTTCTTCGACCAGGTGCCGGAATTCGACGCCGTTGATTTTTTGCAGGAT
GACACCGCTCCTGTTACCGTCGCCGGCGACAATCCCTCCCCGAACGACCCCGTTTTGTCCCAGATCGAG
AACCAGCTCATGGACCACGCCGAAAACGACGCCGTCTTCTCCGGAACGATGTTGTCTGAGTCGTCTGAG
TCCGAGTACTACAGGCTTCTTGAGGAGATTCTGGTGGAGCCCGAGGAGGGCCCGGAAAGTGAGCGTTCC
AAGACTGAGTCTGAGGAAGGCTCCGAAAAAGACAGAACGGATGATGCAATCCCCGATGAACCCACTTCC
AAGAAGTTAAAGAGGAAGCTGAGGAATAGGGATGCTGCCGTGAAATCGAGGGAGAGGAAGAAGGTTTAT
GTGAAAAACCTGGAGATGAAGAGTAGGTATTTAGAAGGGGAATGCAGAAGACTGGGGCATTTGCTTCAGT
GCTGCTATGCTGAGAACAATGCTTTGCGGCTTTGCTTGCAATCGCGTGGTGCATACGGTGCTTCCAAGA
CCTTGCAGGAGTCTGCTGTGCTCTTGTTGGAACCTCTGCTGTTGGGTTCCCTGCTCTGGTTCATGGGCAT
CATGTGCCATCTCAGCCTGCCCCTAATGCTGTGTCTCACAGCAGTGCTTCCAAGAGAAAGCATCGTACA
GAAGGGCTTAAGAAGGGTAACTCAAAAAGGTCCAGAAAGTAATATCTCCAAGTGTTTCCAGATGCAATC
ATTTGTAAAGAGTAGAAGATGCCGAGCTTCAAGAACAAAGATGAAATTCATTTTAATGATGTTCCAAGG
TTCTATAACTTCTAAAATATGA
Sumado a esto, se identificó la presencia del mensajero procesado en la base de datos
de transcritos DFCI Phaseolus vulgaris Gene Index (http://compbio.dfci.harvard.edu,
actualmente inactiva; RTS_125_E02 GO355380), confirmando que es un transcrito que
se expresa en frijol.
Tras analizar las predicciones de la estructura secundaria de esta secuencia, se
identificó que en un extremo de las estructuras formadas se encuentra el doble tallo
asa, acorde a los nucleótidos identificados en la secuencia. A continuación, mostramos
las imágenes comparativas entre la estructura de AtbZIP60 presentada por Nagashima
et al., 2011 y la predicción estructural que obtuvimos con el software Centroidfold para
PvZIP60.
40
1.2 Predicción estructural de AtbZIP60 presentada por Nagashima et al. (2011)
En el extremo se observa el doble tallo asa. En el recuadro se muestra un acercamiento a los
dos tallos asa donde las flechas indican los sitios de corte característicos por la presencia de
GC.
1.3 Predicción estructural de PvbZIP60
41
En el extremo se observa el doble tallo asa y las flechas indican los sitios de corte
característicos por la presencia de GC.
Con los resultados anteriores, concluimos que la secuencia identificada como PvZIP60
era un candidato potencial para probar la actividad de IRE1 y procedimos a sintetizar y
probar los oligos correspondientes. En primera instancia, estandarizamos las
condiciones de la electroforesis en gel, ya que al ser dos fragmentos con tan sólo 23
nts de diferencia, requiere geles que los separen con alta definición. Probamos el
corrimiento en geles de acrilamida al 10 y 12%, siendo este último el de mejor
definición. Estandarizamos este porcentaje replicando el experimento de Nagashima et
al. (2011) corroborando la presencia de las dos bandas del tamaño esperado en los
tratamientos con los inductores de UPR tunicamicina y ditrioteitol, y obteniendo una
sola banda correspondiente al fragmento no procesado en el control sin tratamiento, y
el control negativo (tapsigargina). Estos resultados se muestran en la siguiente figura.
1.4 Procesamiento de AtbZIP60 en Arabidpopsis.
Réplica del experimento que muestra el procesamiento de AtbZIP60 en plántulas de
Arabidopsis utilizando los oligonucleótidos reportados por Nagashima et al. (2011). Como
inductores de estrés se usaron tapsigargina [TG] 10 ug/ul (control negativo de UPR en el caso
de plantas), 2h; tunicamicina [TM] 10 ug/ul, 5h; dithiothreitol [DTT], 5h, para estandarizar las
condiciones del gel de acrilamida. U - fragmento sin procesamiento; S - fragmento procesado.
En el siguiente corrimiento de electroforesis, se replicaron las condiciones del gel de
acrilamida empleado para observar los fragmentos generados con la amplificación de
de PvZIP60, a partir de los tejidos de raíz de plántula de 48 h con los tratamientos
indicados. Con este objetivo, se utilizaron los oligonucleótidos diseñados para la
secuencia Phvulv091021443 CDS, Pvbzip60uF - Pvbzip60uR. Corroboramos la
42
inducción del procesamiento observando la presencia de las dos bandas del tamaño
esperado, la cual fue más evidente ante el tratamiento con DTT (Fig 1.5).
1.5 Procesamiento de PvbZIP60 en P. vulgaris
Réplica de las condiciones utilizadas para el corrimiento en gel que muestra el procesamiento
de PvbZIP60 en raíces de plántulas de frijol negro jamapa utilizando los oligonucleótidos
diseñados para el fragmento de la secuencia Phvulv091021443, tratadas con los inductores de
estrés tapsigargina [TG] 10 ug/ul (control negativo de UPR en el caso de plantas), 2h;
tunicamicina [TM] 10 ug/ul, 5h; Dithiothreitol [DTT], 5h. Esto con el objetivo de corroborar las
condiciones del gel de acrilamida. U - fragmento sin procesamiento; S - fragmento procesado.
Procesamiento del mensajero blanco PvbZIP60 durante el desarrollo del
nódulo simbiótico en Phaseolus vulgaris
Una vez estandarizado el método de detección del procesamiento de PvbZIP60,
procedimos a evaluarlo a lo largo de la cinética de nódulación tomando tiempos muy
tempranos (0-5 h). Al amplificar el fragmento de PvbZIP60 a partir de cDNA de la
cinética de plántulas de frijol inoculadas y no inoculadas, con R. tropici (0 a 5 h post
inoculación), ya que de acuerdo al reporte de Moreno et al., 2012, en Arabidopsis se
observa inducción de UPR tras 4 h post infección con Pseudomonas syringae pv.
maculicola, por lo que decidimos observar lo que pasa tras infectar la plántula de frijol
con una bacteria simbionte. De acuerdo a los resultados de esta cinética,
semicuantitativamente hay ligeras variaciones en el mensajero no procesado, sin
embargo, no se observa mensajero procesado, lo cual puede deberse a que los
cambios debidos a la infección por Rhizobium pueden presentarse después de un día
43
post inoculación (Fig.1.6). Por lo tanto, se propone evaluar una cinética durante los
primeros 10 dpi para analizar el procesamiento durante la formación de primordios.
Posteriormente se pasa a un período en el desarrollo del nódulo de gran interés debido
a la maduración, actividad de fijación de nitrógeno y posterior senescencia del nódulo.
1.6 Procesamiento de PvbZIP60 en cinética de plántulas de frijol inoculadas con con R.
tropici CIAT 899 GFP colectadas cada media hora, de 0 a 5 h post inoculación
Amplificación de la secuencia PvbZIP60 a partir de cDNA de la cinética de nodulación de frijol
negro jamapa, inoculado con R. tropici cada tercer día a partir de 0 a 5 h post inoculación.
A partir de la amplificación empleando PCR semicuantitativa del mensajero de PvZIP60
de la cinética de etapas avanzadas de la nodulación, observamos tanto el mensajero
no procesado como el procesado. La banda del mensajero procesado presenta mayor
intensidad en todas las etapas, lo cual sugiere que IRE1 está activa procesando el
mensajero de PvZIP60 y, por lo tanto, que la UPR está prendida.
1.7 Procesamiento de PvbZIP60 en cinética de nódulación de plantas de frijol inoculadas
con R. tropici colectadas de 14 a 30 dpi
44
Amplificación de la secuencia PvbZIP60 a partir de cDNA de la cinética de nodulación de frijol
negro jamapa, inoculado con R. tropici cada tercer día a partir de los 14 hasta los 30 dpi.
Para complementar el resultado observado, realizamos una PCR cuantitativa para
evaluar la expresión de PvZIP60 y PvZIP28, ya que en reportes de UPR en plantas se
ha reportado un incremento en la expresión de ambos mensajeros. En la figura 1.8
observamos que existe un incremento considerable en la expresión relativa de
PvZIP60, presentando dos picos a 16 y 28 días post inoculación. En esta PCR
cuantitativa no fue posible detectar el procesamiento, solo el mensajero total que
corresponde a la suma de procesado y no procesado. De manera interesante, los picos
corresponden a la intensidad que observamos en el gel. Acorde a la Fig. 1.7, a 16 dpi
tenemos un incremento de casi 15 veces, que corresponde tanto a mensajero
procesado, como no procesado, mientras que a 28 dpi es 25 veces mayor,
prácticamente 100% procesado. Recordando las etapas importantes de la nodulación,
a 16 dpi comienza la etapa activa de la fijación de nitrógeno, mientras que a los 28 dpi
el nódulo está en su período de senescencia ya avanzada.
45
1.8 Expresión relativa de los genes PvbZIP28 y PvZIP60 a lo largo del desarrollo del
nódulo.
En esta gráfica observamos la expresión relativa de los mensajeros de PvbZIP28 (azul) y
PvbZIP60 (rojo) evaluada a lo largo de la cinética de tiempos largos mediante la PCR
cuantitativa. Los nódulos fueron colectados cada tercer día, de los 10 a 30 dpi. Las etapas del
desarrollo del nódulo, se indican acorde a los días post inoculación: 1-18 nódulos inmaduros,
19 a 26 nódulos maduros, 27-30 nódulos senescentes.
Por otra parte, en la expresión del mensajero PvbZIP28, que corresponde a un factor
transcripcional que activa a Hsp70, se observa un incremento menor a 5 veces la
expresión respecto al control (raíces no inoculadas). Sin embargo, presenta un
incremento considerable en la expresión a 28 dpi, al igual que PvbZIP28. Esto sugiere
que durante la etapa de senescencia, la respuesta incrementa su actividad. Ante esta
expresión nos surge la pregunta ¿De qué forma participa la UPR durante la
senescencia? Sabemos que la UPR trata de reestablecer la homeostásis del RE
incrementando el plegamiento y degradación, y que, cuando no lo logra, desencadena
46
muerte celular. ¿De qué forma podría estar involucrada en las señales de senescencia
del nódulo?
1.9 Expresión relativa de los genes PvbZIP28 y PvZIP60 (procesado y no procesado)
reportadas en diversas condiciones de Transcriptoma RNA-seq A Common Bean Gene
Expression Atlas http://plantgrn.noble.org/PvGEA/index.jsp
1.10 Expresión relativa de los genes PvIRE1-2-A, PvIRE1-1-B en las isoformas
disponibles (procesado y no procesado) reportadas en el Bean Gene Expression Atlas
Transcriptome RNA-seq A Common Bean Gene Expression Atlas
http://plantgrn.noble.org/PvGEA/index.jsp
47
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Conservación de los mecanismos de la UPR en P. vulgaris
La conservación de la UPR ha sido confirmada como mecanismo para contender con el
estrés de retículo endoplásmico en plantas, ante estrés biótico y abiótico, también
durante la señalización en etapas de desarrollo, como lo resumen en su revisión
Manghwar y Li (2022). Con los resultados presentados en este proyecto, aportamos
información respecto a la actividad de UPR en una condición más: la interacción
simbiótica entre P. vulgaris y R. tropici, particularmente en la etapa fijadora de nitrógeno
del nódulo.
En este trabajo confirmamos que en el genoma de la leguminosa P. vulgaris están
presentes los principales genes marcadores de la UPR, ortólogos a los reportados para
A. thaliana y G. max: bZIP28, bZIP60 e IRE1-a y b. Al igual que en A. thaliana, la
expresión a nivel de transcrito de bZIP28 y bZIP60 nos permite detectar la actividad de
esta respuesta. IRE1 no lo consideramos como indicador a nivel de transcrito, ya que
son su dimerización y fosforilación, y no necesariamente un cambio en su expresión, lo
que da indicios de su actividad. El anticuerpo empleado en mamíferos para detectar la
fosforilación de la serina de IRE1 no fue de utilidad en plantas ya que no mantiene su
especificidad, por lo que es importante buscar anticuerpos específicos.
Actividad de UPR en la etapa activa del desarrollo del nódulo de frijol
En el retículo endoplásmico ocurre la síntesis de lípidos y proteínas. En el escenario de
una célula infectada del nódulo, en la que fue necesario sintetizar membranas
peribacteroidales –de novo o quizá a partir de procesos de reciclaje de membranas
como la autofagia–, es remarcable que se observe una gran cantidad de retículo
endoplásmico entre todas sus membranas. El alto número de membranas sugiere
también que mantener la homeostasis de este organelo es de gran relevancia, y por lo
48
tanto está muy regulada. Sabemos que la UPR es la principal encargada de regular y
aliviar el estrés de este organelo.
Los resultados obtenidos, muestran que el incremento de expresión del mensajero y el
procesamiento de PvZIP60 ocurre en el desarrollo de los nódulos de frijol, durante las
etapas de maduración, actividad de fijación de nitrógeno y senescencia. Los niveles de
expresión observados sugieren que la actividad es variable y va en aumento hasta la
etapa de senescencia. Dada la función reportada de los ortólogos de bZIP60 en maíz y
arabidopsis (Nagashima et al, 2011, Li et al 2012), mayor expresión de este mensajero
implica que se requiere incrementar la actividad de plegamiento y degradación, ya que
es un factor transcripcional de genes asociados a estos procesos. Sabemos que la
comunicación entre el citoplasma de la célula y el interior de los simbiosomas es muy
activa durante este proceso, y no es difícil imaginar en este panorama un incremento
en la síntesis y plegamiento de péptidos, recordando de las imágenes de microscopía
que tuvimos como antecedente, la cantidad de retículo endoplásmico que
observábamos entre simbiosomas.
El incremento en la expresión de PvbZIP28, involucrada en el plegamiento como
activador de Hsp70/BiP, acompaña a lo largo de todas las etapas el procesamiento en
PvZIP60, siendo considerable el incremento que tienen a los 28 dpi, en donde la
senescencia está en etapa avanzada. Ante esta observación, se abren nuevas
preguntas. ¿Cómo se relaciona la actividad de UPR con los mecanismos que
desencadenan la senescencia del nódulo? ¿Alguna de las vías que desencadena esta
respuesta dispara la muerte celular que lleva a la senescencia?
49
PERSPECTIVAS
Relación en plantas entre UPR y autofagia
A partir de estos resultados, propongo una nueva hipótesis: la UPR es una respuesta
activa en la etapa activa de fijación de nitrógeno del nódulo, dada la gran actividad de
síntesis y plegamiento entre el retículo endoplásmico y el simbiosoma en células
infectadas, que al no lograr recuperar la homeostasis, tras su incremento de actividad
durante la etapa de fijación del nitrógeno, desencadena señales de muerte que
participan en el proceso de senescencia del nódulo simbiótico.
Una vez identificada la etapa activa de fijación de nitrógeno en el nódulo como un punto
importante de actividad de UPR y el posterior decaimiento de señal a la par con la
senescencia del nódulo, continuaría este proyecto hacia un seguimiento in vivo
empleando técnicas de expresión con marcadores fluorescentes y microscopía
confocal de las proteínas involucradas en este proceso. Los reportes en plantas han
analizado la actividad de UPR principalmente a través de la expresión a nivel
mensajero, sin embargo, bajo el escenario del nódulo y su sistema endomembranal,
me parece que es muy relevante ubicar en qué zonas de una célula infectada se está
presentando este mecanismo, puntualmente a los 18, 22, 24 y 28 dpi. En este tiempo
se publicaron diferentes trabajos donde identifican la expresión y relevancia en el
desarrollo del nódulo de genes asociados con la regulación de plegamiento de
proteínas y autofagia en etapas de fijación y senescencia del nódulo, a través de la
expresión de marcadores de autofagia (p.ej. ATG8, PI3K, Beclin-1) y estudios de
genómica funcional. El incremento en la acumulación del mensajero de estos genes
comienza entre los 18 a 22 dpi y aumenta al día 30, datos que coinciden con los días
en que reportamos el procesamiento de PvbZIP60 y su posterior decaimiento. Una
colocalización de marcadores de ambos procesos podría sugerirnos si son procesos
acoplados en alguna región particular de las células infectadas y darnos nuevas
perspectivas del desarrollo y senescencia del nódulo.
50
Phaseolus vulgaris como modelo de estudio de UPR
Con base en los antecedentes mencionados en pocas plantas modelo como A. thaliana
y Z. mays, considero que es de gran importancia extender el estudio de este
mecanismo a otras especies, en donde se tenga la oportunidad de analizar la
respuesta para estudiar otros mecanismos. Por tanto, propongo a la leguminosa, P.
vulgaris, el frijol común, como un modelo de estudio para la UPR. Este ofrece ventajas
para la realización de estudios de genómica funcional gracias al sistema de
transformación en raíz mediada por A. rhizogenes (Estrada-Navarrete et al., 2007), así
como la posibilidad de analizar diferentes tipos de estrés que la inducen,
particularmente la respuesta a infección por bacterias.
51
II. Transcriptómica, Identificación génica y
análisis de genómica funcional de
nódulos fijadores de nitrógeno de
Phaseolus vulgaris, Phaseolus acutifolius
(Tepari bean) y Vigna unguiculata
(cowpea) en cultivos resistentes a calor
Este trabajo formó parte del Proyecto de Investigación Coordinada (Research
Coordinated Project) “Climate proofing of food crops: genetic improvement for
adaptation to high temperatures in drought prone areas and beyond”, financiado por la
Agencia Internacional Atómica de Energía (por sus siglas en inglés, IAEA), bajo el
contrato No. 16601. El grupo se enfocó a analizar los efectos del estrés por calor desde
diversos enfoques en cultivos de arroz y frijol. El resultado fue un número especial de la
revista Australian Journal of Crop Science titulado “CROP ADAPTATION TO CLIMATE
CHANGE: High-Temperature Stress in Drought-Prone Areas” (Special Issue 2021 |
15(09):2021 | 10.21475/ajcs.21.15.09.sp), en donde se publica parte del análisis
presentado en esta tesis, en el artículo “Identification of small open reading frames
(sORFs) associated with heat tolerance in nitrogen-fixing root nodules of Phaseolus
vulgaris wild-type and cv BAT93”, de Zayas Del-Moral et al. 2021 .
Antecedentes
Durante la última década, el gran reto en el estudio de las interacciones planta-microbio
– (incluida la fijación de nitrógeno) –, ha sido dar un paso adelante para lograr avances
en investigación aplicada. Para lograr estos objetivos, es necesario considerar las
52
condiciones actuales del crecimiento de las plantas en el campo, las cuales presentan
escenarios de estrés por deficiencia de nutrientes, acidez del suelo, sequía y altas
temperaturas, entre otros. Desde hace dos décadas las altas temperaturas y la
deficiencia de humedad han sido consideradas causas mayores que afectan de manera
importante todas las etapas de la simbiosis, limitando el crecimiento y sobrevivencia de
las bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico (rhizobia) en los suelos, así como de
las plantas. Las condiciones climáticas extremas pueden contribuir a efectos adversos
en rhizobia, incluyendo deleciones y rearreglos del material genómico, que alteran la
diversidad genética. En este estudio realizamos análisis de genómica comparativa
entre los transcriptomas de los nódulos de la raíz de un cultivar sensible a calor como
lo es Phaseolus vulgaris L., genotipo BAT93, bajo condiciones de estrés por calor que
afectaron negativamente su capacidad de fijar nitrógeno durante la interacción P.
vulgaris – rhizobia. En este trabajo presentamos los resultados de expresión diferencial
de los transcriptomas de nódulos fijadores de nitrógeno en su etapa activa en
respuesta a estrés por calor.
Actualmente, las tecnologías de secuenciación de nueva generación
(www.illumina.com) ofrecen nuevas y rápidas maneras para caracterizar genomas y
perfiles de ARN mensajero (ARNm), pequeños ARNs, factores de transcripción,
estructura de la cromatina, patrones de metilación del DNA, microbiología y
metagenómica, siendo éstas herramientas poderosas para determinar los genes que
codifican enzimas responsables de la biosíntesis de metabolitos secundarios, entre
otras rutas fundamentales. En conjunto, toda esta información conforma una base cada
vez más completa para los análisis de biología molecular y genómica funcional para
plantas no modelo, como es el caso de frijol.
La tecnología de RNA-Seq mide la abundancia de transcritos generando lecturas de
secuencias y conteos de frecuencia entre diferentes condiciones biológicas. Durante
los últimos años se han desarrollado nuevos métodos para validar los resultados bajo
53
un mejor análisis estadístico (Chung et al. 2013). Actualmente los transcriptomas de
diversos tejidos, etapas de desarrollo y condiciones de estrés de P. vulgaris están
disponibles en bases de datos públicas (Severin et al., 2010; O’Rourke et al., 2013,
O’Rourke et al., 2014). Estos resultados están disponibles en el Atlas de Expresión
Génica del frijol común (http://plantgrn.noble.org/PvGEA/) y han sido de gran utilidad
como referencia para este proyecto.
Simbiosis en otras especies del género Phaseolus
Dentro del género Phaseolus, P. vulgaris ha sido la especie más utilizada para estudiar
la nodulación con Rhizobium. Sin embargo, el género Phaseolus comprende muy
diversas especies, de las cuales se han estudiado muy poco sus bacterias simbiontes.
México en particular, es un lugar privilegiado al tener en su territorio la mayoría de las
aproximadamente 70-80 especies conocidas del género Phaseolus, las cuales habitan
en diversos ambientes ecológicos. Además, es parte de la región Mesoamericana
caracterizada como centro de domesticación de las cinco especies que
consumimos––el frijol común (P. vulgaris L.), el frijol lima (P. lunatus L.), el ayocote (P.
coccineus L.), el tepari (P. acutifolius A. Gray) y el acalete (P. dumosus Macfady).
(Rendón-Anaya, et al 2017).
Objetivos de la investigación y productos anticipados
Objetivo general
Identificar genes y procesos involucrados en respuesta a altas temperaturas en nódulos
simbióticos de genotipos tolerantes a calor de frijol común, frijol tepari y frijol chino (en
inglés conocido como “cowpea”).
54
Objetivos específicos:
· Aislar el ARNm de los nódulos de la raíz bajo condiciones control y de estrés
por calor de un genotipo de frijol común sensible a calor y genotipos tolerantes a
calor de frijol común, tepary bean y cowpea, inoculados con cepas de rhizobia y
bradyrhizobia tolerantes a calor.
· Analizar la fijación de nitrógeno de genotipos sensibles y tolerantes bajo
condiciones control y de estrés por calor.
· Construir librerías de cDNA para cada genotipo, bajo condiciones control y
bajo estrés por calor, con la finalidad de secuenciar sus transcriptomas
empleando tecnologías de nueva generación.
· Realizar el análisis de la genómica comparativa entre los transcriptomas del
genotipo sensible BAT93 y los genotipos tolerantes a calor previamente
mencionados.
· Enfocarnos en los genes que resulten inducidos o reprimidos en los
genotipos, particularmente en proteínas relacionadas con estrés (heat shock
proteins, chaperonas, etc.) las cuales estén asociadas con el citoplasma y las
membranas peribacteroidales (PBM) de las células infectadas del nódulo ya que
se sabe que estos genes participan en la termo tolerancia en plantas.
· Realizar análisis de genómica funcional (utilizando silenciamiento mediado
por ARN de interferencia y sobre expresión) en plantas compuesta de frijol para
algunos de los genes expresados diferencialmente en condiciones de calor en
los diferentes genotipos.
Plan de trabajo:
1. Selección de los genotipos tolerantes de P. vulgaris, P. acutifolius y Vinga
unguiculata.
55
2. Selección de las bacterias simbiontes de nuestros genotipos
seleccionados.
3. Cultivo de los genotipos sensibles y tolerantes, inoculación, recolección de
nódulos de 20 días post inoculación (dpi) bajo condiciones control y de estrés
por calor.
4. Medición de fijación de nitrógeno bajo condiciones control y de estrés por
calor a los 20 dpi.
5. Extracción de ARN total de los nódulos de los cuatro genotipos
6. Construcción de librerías para Illumina
7. Secuenciación de ARN
8. Análisis bioinformático
9. Genómica funcional
Materiales y métodos
Cultivares
P. vulgaris (BAT93 /genotipo sensible y genotipo silvestre tolerante a calor)
P. acutifolius (genotipo silvestre tolerante a calor)
V. unguiculata (IPA 206, FB1363, v14 Yori Cahui Black Eyed Pea)
Sustrato
Vermiculita (No. 3)
Riego
Solución B&D sin nitrógeno (Broughton y Dilworth 1971)
0.5 ml/L de cada solución: A [2M CaCl2], B [1M KH2PO4 pH7.0], C [20mM Fe-citrato;
este debe mantenerse aislado de la luz], y D [0.5M MgSO4, 0.5M K2SO4, 2mM MnSO4,
4mM H3BO3, 1mM ZnSO4, 4mM CuSO4, 0.2mM CoSO4, 0.2mM Na2MoO4].
56
Cepas bacterianas
Rhizobium tropici CIAT899+GFP para P. vulgaris
Rhizobium leucaenae CHO2 y Bradyrhizobium sp. cepa CCGE-LA001 para P.
acutifolius y V. unguiculata.
Condiciones de la cámara de crecimiento
Las condiciones se estandarizaron con el resto de los grupos participantes en el 1er.
Research Coordinated Meeting.
Condiciones control: 28ºC/18ºC día/noche (14h/10h)
Condiciones de estrés por calor: 37ºC/27ºC día/noche (14h/10h) aplicado durante 6 hrs
Selección de genotipos tolerantes a estrés por calor
Con la finalidad de seleccionar las plantas tolerantes a calor utilizamos tres genotipos
silvestres de P. vulgaris recomendados por el Dr. Jorge Acosta del INIFAP. Incubamos
de 5 plantas de cada genotipo y las sometimos a las condiciones de estrés [37ºC/27ºC
día/noche (14h/10h)] y posteriormente las regresamos a las condiciones control para
posteriormente evaluar la viabilidad de la planta y la producción de semillas.
Los tres genotipos seleccionados (P. vulgaris, P. acutifolius y V. unguiculata) fueron
propagados para preparar un banco de semillas que permita a futuro realizar los
análisis de genómica funcional.
Crecimiento de las plantas
Los genotipos seleccionados por su tolerancia a calor (1 P. vulgaris silvestre, 1 P.
acutifolius silvestre, 1 V. unguiculata domesticado), y el BAT93 sensible a calor fueron
germinados e inoculados con sus respectivas cepas bacterianas bajo condiciones
control. Las semillas maduras fueron germinadas a 25ºC en la oscuridad, en charolas
con toallas de papel estéril durante 48 h, e inoculadas acorde a la metodología de
Ramírez et al., 2005; Estrada-Navarrete et al., 2007; González de Mejía et al., 2003 y
57
Verdoy et al., 2004. Las plantas inoculadas crecieron bajo condiciones de humedad, luz
y temperatura controladas durante los 20 días post inoculación (dpi) a un régimen de
28ºC/18ºC (día/noche), 65% humedad relativa, y un fotoperíodo de 14 h en una cámara
de crecimiento y riego con solución nutritiva B&D sin nitrógeno (30 ml por planta de 0 a
10 dpi, 50 ml por planta de 10 a 20 dpi). Tras este período, las plantas fueron
transferidas a 37ºC/27ºC día/noche, 65% humedad relativa, 180-300u-1mol fotón
m-2s-2 en una cámara de crecimiento por 6 h. Todas las plantas fueron irrigadas la
noche previa al estrés por calor con B&D estéril sin nitrógeno. Los nódulos de 5 plantas
de cada genotipo fueron congelados en nitrógeno líquido inmediatamente después de
su recolección y almacenados a -80ºC. Este experimento se repitió por triplicado para
cada condición y genotipo.
Estas condiciones se replicaron para realizar el ensayo de reducción de acetileno
(acetylene reduction assay; ARA) de acuerdo a lo descrito por Ramírez et al., (1999)
para evaluar la actividad de la nitrogenasa en condiciones control y en condiciones de
estrés por calor (Verdoy et al., 2004). Las raíces noduladas de plantas de 20 dpi fueron
incubadas por una hora en gas acetileno y la producción de etileno fue determinada en
un cromatógrafo de gases (modelo Varian 3300). La actividad específica fue expresada
en unidades de umol-1C2H2h-1g-1 nódulo DW (peso seco).
Extracción de ARN
Los nódulos congelados fueron molidos e inmediatamente procesados para la
extracción del ARN total a partir de los repositorios de las tres réplicas biológicas para
cada genotipo y tratamiento (24 librerías) utilizando el kit de extracción ZYMO
RESEARCH RNA “ZR Plant RNA MiniPrep” Cat. No. R2024, como indica el protocolo
(www.zymoresearch.com/downloads/dl/file/id/160/r2024i.pdf). La construcción de las
librerías fue realizada por la Unidad de Secuenciación Masiva del Instituto de
Biotecnología (UUSM) de la UNAM, la integridad del RNA fue confirmada empleando la
58
tecnología 2100 Bionalayzer (Agilent Technologies, Inc.) con un RIN ( RNA integrity
number) de 7.0.
Secuenciación de transcriptomas (RNA-seq)
La secuenciación de las 24 librerías de templados de cDNA de tres réplicas biológicas
de cada gentotipo, control y en condiciones de calor se realizó a través de la UUSM, en
la empresa Macrogen Inc. (Korea; www.macrogen.com), empleando la tecnología
Illumina Hiseq2000, cada carril contiene 4 muestras con 100 pb con extremos pareados
(Pair End; PE), obteniendo datos crudos
(www.illumina.com/systems/hiseq_2000_1000.ilmn).
Análisis de transcriptomas
Para estimar la abundancia de transcritos en cada condición se realizó un análisis de
calidad como primer paso, empleando el software FASTQC
(www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/). Las lecturas obtenidas se alinearon
contra el genoma de P. vulgaris BAT93 y G19833 (disponibles en las bases de datos
PhytozomeV11 [www.phytozome.net] y CoGe
[https://genomevolution.org/CoGe/SearchResults.pl?s=20365] bajo el identificador de
Genoma 20365) y Vigna radiata (NCBI Vradiata_ver6
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/?term=vigna%20radiata GCA_000741045.2). Se
realizó un ensamblaje de novo para los genomas no anotados de P. acutifolus y V.
unguiculata para reducir la pérdida de información no incluida en genomas o
transcriptomas previamente de especies cercanas (genes no expresados o variantes
de splicing). El alineamiento con los genomas de referencia se realizó empleando el
software SMALT (http://www.sanger.ac.uk/science/tools/smalt-0).
La expression diferencial fue estimada empleando las paqueterías DESeq (Anders y
Huber, 2010), NOIseq y edgeR (Bioconductor V3.3, R V 3.3) (Robinson 2010) las
59
cuales ofrecen pruebas estadísticas exactas
(http://bioconductor.org/packages/2.11/bioc/vignettes/DESeq/inst/doc/DESeq.pdf.
Los resultados validados estadísticamente fueron confirmados por PCR cuantitativas.
Identificación de sORFs en P. vulgaris BAT93 y genotipo G19833
Se realizó una búsqueda de potenciales marcos de lectura pequeños (sORFs, por sus
siglas en inglés; péptidos de 30 a 150 aa de longitud) a partir de CoGE y The Novo
Genome Assemby and Annotation Team (COGE database
[https://genomevolution.org/coge/] y [https://denovo.cnag.cat/bean], ID de genoma
20365), mientras que los sORFs para P. vulgaris G19833 fueron colectados de
Phytozome (Phytozome versión 11 [www.phytozome.net]; P. vulgaris v1.0]. En ambos
casos los sORFs sin metioninas iniciales fueron descartados para reducir la posibilidad
de transcritos truncos.
Expresión génica y análisis basado en motivos de los sORFs P. vulgaris
Estimamos la abundancia de transcritos para cada condición experimental, las lecturas
de 100 pb
RT-PCR cuantitativa
Los oligonucleótidos específicos fueron diseñados para los genes candidatos a
marcadores de estrés por calor.
Inmunolocalización
Se prepararon cortes semifinos (10 um) de acuerdo a la metodología reportada por
Estrada-Navarrete et al., 2006. Los portaobjetos fueron lavados en TBST (30 mM
Tris-HCl pH 8.0, 150 mM NaCl, 0.1% Tritón X-100) tres veces durante 10 min, y
posteriormente bloqueada con leche en polvo al 5% durante 1 h, incubada a 50ºC.
Como paso siguiente se incubaron con el primer anticuerpo [Anti-Heat Shock Protein
70 Monoclonal Antibody; MA3-008; Thermo Scientific] leche en polvo al 5% en TBST
60
(1:100) durante 12 h, a 5ºC. Se lavaron tres veces con TBST durante 30 min cada vez y
posteriormente se incubaron con el segundo anticuerpo [Alexa Fluor 633 cabra
anti-ratón IgG; A-21126; Invitrogen] diluído en TBST (1:100) durante 4 h a 4ºC en una
cámara húmeda, en condiciones de oscuridad. Finalmente se lavaron tres veces con
TBST durante 30 min utos cada vez y los tejidos fueron cubiertos con Cityfluor.
Las imágenes fueron analizadas con el Microscopio de epi-fluorescencia Axioscop
(Zeiss), en la Unidad de Microscopía Avanzada del IBT, UNAM.
RESULTADOS
Selección de genotipos tolerantes y sus correspondientes bacterias
simbióticas
Los genotipos tolerantes a calor (Tabla 1) fueron analizados tras someterlos a las
condiciones de estrés por calor previamente descritas y comparados con el cultivar
mesoamericano BAT93 sensible a calor (Fig.1A y Tabla 1, celdas en color verde). Con
base en las observaciones cualitativas de recuperación de turgencia tras el tratamiento
con calor (Fig. 2) seleccionamos: un P. vulgaris silvestre proveniente de Chiapas,
Mexico (Pv7) (Fig. 1B); un P. acutifolius de Morelos, México (Pac6) (Fig. 1C); y el bien
caracterizado V. unguiculata IPA 206 (Vung9) (Aguila, De, Martín, Morales, &
Arredondo, 2014) (Fig. 1D) (Tabla 1, celdas en color azul).
61
Fig. 1. Genotipo sensible y genotipos tolerantes seleccionados. Los genotipos (A) P.
vulgaris BAT93 cultivar domesticado, (B) P. vulgaris genotipo silvestre Pv7, (C) P. acutifolius
genotipo silvestre Pv6 y (D) el cultivar V. unguiculata IPA206 Vung9 fueron seleccionados por
su mejor recuperación y rendimiento tras el estrés por calor previamente establecidos.
62
Tabla 1 – Genotipos analizados de P. vulgaris, P. acutifolius y V. unguiculata
ID semilla Género y especie Silvestre/Domesticado Información
BAT93 Phaseolus vulgaris Domesticado Tolerante a calor
Pac1 Phaseolus acutifolius Domesticado Heat tolerant
Loc. Buenos Aires
Mazatlán, Chiapas,
México
INIFAP
Pv2 Phaseolus vulgaris Silvestre Tolerante a calor
Loc. Chilpancingo
Highway
Tixtla, Guerrero,
México
INIFAP
Pv3 SER 118 – Phaseolus
vulgaris
Domesticado Tolerante a calor
Frijol rojo introducido,
CIAT 2009
INIFAP
Pv4 Phaseolus vulgaris Silvestre Tolerante a calor
Loc. Rio Verde, Jaleaca
de Catalan, Guerrero,
Mexico
63
INIFAP
Pv5 SER 18 - Phaseolus
vulgaris
Domesticado Tolerante a calor,
Frijol rojo introducido,
CIAT 2009
INIFAP
Pac6 Phaseolus acutifolius Silvestre Tolerante a calor
Balneario Ticomán,
Tlaltizapán, Morelos
INIFAP
Pv7 Phaseolus vulgaris Silvestre Tolerante a calor
Chitama, Venustiano
Carranza, Chiapas,
México
INIFAP
Vung8 Vigna unguiculata –
FB1363
Domesticado F. Basurto, Los Mochis,
Sinaloa, Mexico 1992
Provisto por el Dr.
Alfonso Delgado,
Instituto de Biología,
UNAM
Vung9 Vigna unguiculata –
IPA 206
Domesticado Instituto Pernambucano
de Brasil (IPA)
64
Vung10 Vigna unguiculata –
V14 Yori Cahui Black
Eyed Pea
Domesticado Tucson, AZ
Provisto por el Dr.
Alfonso Delgado,
Instituto de Biología,
UNAM
Fig. 2. El cultivar sensible P. vulgaris (BAT93)
y los genotipos tolerantes (Pv7 y Pv4) bajo
condiciones control y de estrés por calor. (A)
BAT93, (B) Pv7, y (C) Pv4 bajo condiciones
control [28ºC/18ºC día/noche (14h/10h)]; (D), (G)
BAT93, (E),(H) Pv7, y (F),(G) Pv4 bajo
condiciones de estrés por calor [37ºC/27ºC
day/night (14h/10h)] durante 6 h.
P. vulgaris BAT93 y el genotipo tolerantes a calor seleccionado (Pv7) fueron inoculados
con R. tropici CIAT899 + GFP (expresa constitutivamente la fusión con la proteína
verde fluorescente para monitorear la infección a través de análisis de microscopía).
Esta bacteria es un simbionte bien caracterizado de P. vulgaris (Martínez-Romero et al.,
65
1991). P. acutifolius y V. unguiculata IPA206 fueron inoculados con Rhizobium
leucaenae CHO2 (provistas por el Dr. Pablo Vinuesa, CCG, UNAM), las cuales generan
interacciones simbióticas con algunos cultivares de V. unguiculata en Ocuituco,
Morelos, México; empleamos también la recién caracterizada bacteria Bradyrhizobium
sp. CCGE-LA001 (Servín-Garcidueñas et al., 2014, Servín-Garcidueñas et al., 2016). El
genotipo seleccionado por su tolerancia a calor de P. acutifolius y V. unguiculata
IPA206, no establecieron una asociación simbiótica con R. leucaenae, sin embargo,
fueron eficientemente noduladas con Bradyrhizobium sp. cepa CCG-LA001.
Efectos del estrés por calor sobre los niveles de fijación de nitrógeno
Los genotipos de frijol sensible y tolerante presentan diferencias morfológicas: forma de
las hojas; grosor de hojas, raíz y tallo; longitud del tallo, tamaño de la semilla y vaina;
cantidad de semilla por vaina; cantidad, tamaño y distribución de los nódulos a lo largo
de la raíz principal y su ubicación con respecto a las raíces laterales. Estableciendo las
variables iniciales, presentamos en este reporte las diferencias remarcables entre los
nódulos control y aquellos de plantas sometidas a estrés por calor para cada genotipo
respecto a los niveles de fijación de nitrógeno.
Consistentemente con las diferencias morfológicas enlistadas, el número de nódulos y
el peso seco promedio fue muy variable entre los cuatro genotipos. El frijol BAT93
inoculado con R. tropici CIAT899 + GFP presentó el mayor número de nódulos con un
promedio de 84.48 nódulos por planta, distribuidos principalmente en la región de la
corona la cual representa el doble de los nódulos que se desarrollaron en el P. vulgaris
silvestre Pv7 inoculados con la misma bacteria (Fig. 3A). V. unguiculata IPA206 mostró
una distribución de los nódulos a todo lo largo de la raíz principal, con un promedio de
62.71 nódulos por planta, cantidad menor a los de P. vulgaris BAT93, pero más
grandes de acuerdo a su peso seco promedio (Fig. 3B).
66
La actividad de nitrogenasa fue medida a través de un ensayo específico de reducción
de acetileno (ARA; Acetylene Reduction Assay). Los resultados fueron variables entre
los cuatro genotipos, lo cual indica que las variaciones morfológicas y de distribución
que observamos entre los nódulos de P. vulgaris, P. acutifolius y V. unguiculata podrían
representar un factor importante a considerar ante el estrés por calor y el rendimiento
del proceso. La temperatura de la vermiculita presenta una ligera variación
dependiendo de la profundidad de la raíz bajo condiciones de humedad controlada. La
actividad de nitrogenasa en P. vulgaris BAT93 se redujo significativamente tras el
tratamiento con calor 6 h 37ºC. La actividad entre los nódulos en condiciones control y
en condiciones de estrés para P. vulgaris Pv7, P. acutifolius Pv6 y V. unguiculata
IPA206 no fueron significativamente diferentes. Basándonos en estos resultados, los
genotipos tolerantes a calor no presentan efectos significativamente distintos en la
actividad de fijación de nitrógeno tras el estrés por calor.
67
Fig. 3. Características cuantitativas de los nódulos y actividad de la nitrogenasa en P. vulgaris, BAT93 y
Pv7, P. acutifolius Pv6 y V. unguiculata IPA206. (A) Promedio de número de nódulos por planta; (B) peso
seco promedio (g); (C) actividad de nitrogenasa de cada genotipo en condiciones control (CTRL) y
tratamiento con calor (HS) (6 h 37ºC) en nódulos de P. vulgaris BAT93 y Pv7, P. acutifolius Pv6 y V.
unguiculata IPA206 Vung9. Cada barra representa la media SE para n=5. Las diferencias significativas (P
están representadas por dobles asteriscos (**).
Análisis de transcriptomas de nódulos bajo condiciones de estrés por calor
En este proyecto analizamos los transcriptomas de cuatro genotipos previamente
descritos correspondientes a P. vulgaris BAT93 y Pv7, P. acutifolius Pv6 y V.
unguiculata IPA206 Vung9 bajo condiciones control y estrés por calor. La calidad de las
68
lecturas de Illumina fue analizada para descartar secuencias sobrerepresentadas o
artificios, y contaminación por adaptadores. Todas las muestras produjeron más de 8
millones de lecturas de buena calidad. Las lecturas fueron alineadas a sus
correspondientes genomas de referencia como se describe en la Metodología. Las
tablas 2 y 3 muestran los porcentajes de alineamientos para las lecturas de cada
genotipo. Las lecturas pareadas mapearon entre 79-90%, el resto de las lecturas
podrían corresponder a nuevos genes o splicing alternativo el cual debe ser
caracterizado con un análisis más detallado.
Tabla 2. Lecturas mapeadas con su correspondiente genoma de referencia
Sample Genotype Condition Reads
mapped
Mapped
reads (%)
FS1 P. vulgaris BAT93 Control 8648408 99.72%
FS2 P. vulgaris BAT93 Control 11314224 99.46%
FS3 P. vulgaris BAT93 Control 11787784 99.70%
FS4 P. vulgaris BAT93 Heat shock 13346240 99.61%
FS5 P. vulgaris BAT93 Heat shock 13861393 99.44%
FS6 P. vulgaris BAT93 Heat shock 14999443 99.69%
FS7 P. vulgaris PvHT7 Control 8866657 99.18%
FS8 P. vulgaris PvHT7 Control 15435515 99.54%
FS9 P. vulgaris PvHT7 Control 15291789 99.48%
69
FS10 P. vulgaris PvHT7 Heat shock 11327968 99.59%
FS11 P. vulgaris PvHT7 Heat shock 14833537 99.58%
FS12 P. vulgaris PvHT7 Heat shock 13392299 99.60%
FS13 P. acutifolius Pv6 Control 13196749 99.22%
FS14 P. acutifolius Pv6 Control 12796890 99.09%
FS15 P. acutifolius Pv6 Control 14466521 99.50%
FS16 P. acutifolius Pv6 Heat shock 13273413 99.00%
FS17 P. acutifolius Pv6 Heat shock 13834598 99.25%
FS18 P. acutifolius Pv6 Heat shock 12442997 98.98%
FS19 V. unguiculata
IPA206
Control 16148826 98.44%
FS20 V. unguiculata
IPA206
Control 15108963 98.40%
FS21 V. unguiculata
IPA206
Control 9339791 98.34%
FS22 V. unguiculata
IPA206
Heat shock 12968704 98.42%
FS23 V. unguiculata
IPA206
Heat shock 14585157 97.92%
70
FS24 V. unguiculata
IPA206
Heat shock 17367684 98.17%
Tabla 3. Porcentaje de lecturas pareadas mapeadas contra genoma de referencia
Sample Organism Condition Pair-ended percentage
FS1 BAT93 Control 92.93%
FS2 BAT93 CTRL Control 82.89%
FS3 BAT93 CTRL Control 88.98%
FS4 BAT93 HS Heat shock 87.18%
FS5 BAT93 HS Heat shock 85.84%
FS6 BAT93 HS Heat shock 88.77%
FS7 PvHT7 CTRL Control 86.53%
FS8 PvHT7 CTRL Control 90.02%
FS9 PvHT7 CTRL Control 89.60%
FS10 PvHT7 HS Heat shock 89.50%
FS11 PvHT7 HS Heat shock 89.00%
FS12 PvHT7 HS Heat shock 88.56%
71
FS13 P. acutifolius CTRL Control 88.57%
FS14 P. acutifolius CTRL Control 88.21%
FS15 P. acutifolius CTRL Control 88.12%
FS16 P. acutifolius HS Heat shock 88.83%
FS17 P. acutifolius HS Heat shock 85.83%
FS18 P. acutifolius HS Heat shock 83.78%
FS19 V. unguiculata CTRL Control 81.92%
FS20 V. unguiculata CTRL Control 82.85%
FS21 V. unguiculata CTRL Control 79.70%
FS22 V. unguiculata HS Heat shock 84.22%
FS23 V. unguiculata HS Heat shock 80.56%
FS24 V. unguiculata HS Heat shock 81.65%
Genes diferencialmente regulados en nódulos de 20 dpi bajo condiciones
de estrés por calor
En la siguiente tabla presentamos el análisis de genes diferencialmente expresados
mediante los tres métodos estadísticos empleados. (Fig. 4; Tabla 4) A partir de estos
72
resultados y su asociación de GO se identificaron vías o candidatos con potencial para
continuar con análisis de genómica funcional que den continuidad a este proyecto.
Tabla 4. Número de genes diferencialmente expresados en nódulos de 20 dpi comparando entre
condición Control y Estrés por calor para cada genotipo. El análisis de expresión diferencial fue realizado
por tres métodos: DESeq2 (P-adj<0.05), EdgeR (FDR <0.05) y NOISeq (P>0.95). (DEG – differential
expressed gene)
Genotipo DESeq EdgeR NOISeq Intersección
BAT93 Total DEG 268 580 368 235
Sobre-regulados 74 203 109 72
Des-regulados 194 377 259 163
Pv7 Total DEG 1086 1428 1405 1064
Sobre-regulados 791 1004 947 790
Des-regulados 295 424 458 274
Pac6 Total DEG 2530 2671 2682 2482
Sobre-regulados 1174 1211 1255 1128
Des-regulados 1356 1460 1427 1354
Vung-IPA206 Total
DEG
56 271 17 9
Sobre-regulados 20 129 5 2
Des-regulados 36 142 12 7
73
Fig 4. Genes expresados diferencialmente obtenidos con los tres métodos estadísticos: DESeq,
EdgeR and NOISeq. Los diagramas de Venn muestran el número de genes que resultan de los análisis
de expresión diferencial comparando la condición Control con la de Estrés por Calor realizada por los
tres métodos descritos y la intersección entre ellos. Los genes comunes entre los tres métodos fueron
empleados para realizar el análisis de GO. (A) P. vulgaris BAT93; (B) P. vulgaris Pv7; (C) P. acutifolius
Pv6; y (D) V. unguiculata IPA206 Vung9.
Identificación y análisis de expresión diferencial de sORFs bajo
condiciones de estrés por calor en P. vulgaris
Para concluir este proyecto, nos enfocamos en identificar bioinformáticamente los
potenciales pequeños marcos abiertos de lectura (small open reading frames; sORFs)
presentes en nuestro transcriptoma, datos que fueron enviados para su publicación en
2017 y publicados en el número especial mencionado al inicio de este capítulo en 2021,
74
con el título “Identification of small open reading frames associated with heat tolerance
in Phaseolus vulgaris root nodules” (Zayas-Del Moral et al. 2020), mismo que
encontrarán anexo y en el vínculo siguiente: Pages 28-37 | Full Text PDF| DOI:
10.21475/ajcs.21.15.09.sp-3.
Los sORFs son secuencias que codifican para péptidos menores a 100 aminoácidos,
reportados hasta la fecha en organismos como algas, arroz y Arabidopsis. Estos
micropéptidos pueden estar involucrados en procesos como el crecimiento de la planta,
cerrado de estomas, ciclos circadianos, desarrollo, crecimiento de tubo polínico,
respuestas abióticas, por mencionar algunos procesos (Feng et al. 2023). En frijol se
identificaron potenciales sORFS (Guillén et al. 2013) que pueden estar asociados al
proceso de fijación de nitrógeno.
Estimamos la proporción de sORFs predichos en los genotipos secuenciados de P.
vulgaris (BAT93 y G19833), y los comparamos con los reportados en las leguminosas
Glycine max, Lotus japonicum y Medicago truncatula respecto al total de marcos
abiertos de lectura (ORFs) reportados para cada genoma (Tabla 5). Entre P. vulgaris
BAT93 y G19833 la proporción varía de 0.11 a 0.14 en donde esta variación mínima
podemos asumir que se debe a los diferentes sistemas de anotación de sus genomas,
y está en un rango similar al de otras leguminosas.
En los transcriptomas identificamos 235 ORFs diferencialmente expresados en P.
vulgaris BAT93 ante las condiciones de estrés por calor, de los cuales 16 fueron
identificados como potenciales sORFs. Por su longitud, en el momento que realizamos
75
el análisis, estos sORFs no arrojaron resultados en el análisis de ontología génica (GO:
gene ontology), por lo que buscamos identificar dominios funcionales empleando
MEME Suite y BLASTP, los resultados se resumen en la Tabla 6 para los identificados
en nódulos de 20 dpi de BAT93 y en la Tabla 7 para los identificados en nódulos de 20
dpi de P. vulgaris 7.
Tabla 5. Comparación del total de marcos abiertos de lectura (ORFs) y pequeños marcos abiertos de
lectura (sORFs) en P. vulgaris cv. BAT93 y G19833, Glycine max, Lotus japonicus y Medicago truncatula.
Phaseolus
vulgaris
BAT93
Phaseolus
vulgaris
G19833
Glycine
max
Lotus
japonicus
Medicago
truncatula
ORFs 64692 31638 88647 10979 62319
sORFs 7414 4560 14979 2195 18688
sORFs/ORFs
ratio
0.11 0.14 0.16 0.19 0.29
76
Tabla 6. Lista de sORFs diferencialmente expresados en nódulos de 20 dpi de P. vulgaris cv. BAT93 ante
tratamiento de estrés por calor.
ID Size Associated
protein
MOTIF
MEME
BLASTP
(Superfamilies)
Sequences
producing
significant
alignments
Associated
processes
PHASIBEAM10B03811
8(T1)
103 N/A N/A No Putative
Conserved
Domains
Spidroin-1-like
[Glycine max]
PHASIBEAM10B04510
6(T1)
103 N/A N/A H4 superfamily Histone H3.2
[Cajanus cajan]
PHASIBEAM10F00183
0(T1)
103 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
Glutamine
dumper 5-like
[Cicer arietinum]
transmembrane
protein
[Medicago
truncatula]
PHASIBEAM10F00290
1(T1)
116 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
PHASIBEAM10F00336
8(T1)
123 N/A N/A AAI_LTSS
superfamily
Lipid transfer
protein DIR1
[Vigna angularis,
77
Medicago
truncatula]
PHASIBEAM10F00427
4(T1)
140 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
Lysine-rich
arabinogalactan
protein 19-like
[Vigna angularis]
transmembrane
protein, putative
[Medicago
truncatula]
PHASIBEAM10F00622
5(T1)
145 N/A N/A HMG-box
superfamily
High mobility
group B protein
7-like [Glycine
soja]
PREDICTED
[Vigna radiata]/
HMGB-UBF_H
MG-box, class II
and III members
of the HMG-box
superfamily of
DNA-binding
proteins
78
PHASIBEAM10F00637
4(T1)
81 N/A N/A RRM_SF
superfamily
Serine/arginine-ri
ch SC35-like
splicing factor
SCL33 isoform
X1 [Vigna
radiata]
Hormonal
control (Cruz
et al., 2014,
Suzuki et al.,
2016)
PHASIBEAM10F00701
7(T1)
137 Histone
H2B.6
N/A H2B superfamily probable histone
H2B.3 [Vigna
radiata]
DNA
package
(Iliakis et al.,
2008; Kim et
al. 2015;
Kantidze et
al., 2016)
PHASIBEAM10F00886
6(T3)
130 Thymidine
kinase a
N/A TK superfamily Thymidine
kinase-like
[Vigna radiata]
Nucleotide
synthesis
(Wang &
Liu, 2006;
Garton et
al., 2007);
nucleotide
salvage
pathway
(Moffat et al.
2002)
79
PHASIBEAM10F01146
4(T1)
130 Histone
H3.2
N/A H4 superfamily Histone H3.2
[Cajanus cajan]
histone H3
[Triticum
aestivus] core
histone
H2A/H2B/H3/H
4
DNA
package
(Iliakis et al.,
2008; Kim et
al. 2015,
Kantidze et
al., 2016)
PHASIBEAM10F01274
4(T1)(T2)
75(T
1)
67(T
2)
N/A Motif B COX7a_Cyt_c_
Oxidase_VIIa
superfamily
Cytochrome-c
oxidases,
electron carriers
[Theobroma
cacao]
Stress
response
(Gong et al.
1998, Huang
et al. 2016))
PHASIBEAM10F01955
7(T1)(T2)
88(T
1)
93(T
2)
N/A Motif
C/A
SANT_Superfam
ily/
Myb_DNA-Bindi
ng
PREDICTED:
protein
RADIALIS-like
3 [Vigna radiata]
MYB
transcription
factor MYB142
[Glycine max]
PHASIBEAM10F02248
6(T1)
74 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
Transmembrane
protein, putative
[Medicago
truncatula]
80
PHASIBEAM10F02543
6(T1)
72 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
Hypotetical
protein
LR48_Vigan08g
167400 [Vigna
angularis]
PHASIBEAM10F02606
0(T1)
144 N/A N/A Alpha-crystallin-
Hsps_p23-like
superfamily/IbpA
PREDICTED:
15.7 kDa heat
shock protein,
peroxisomal
[Vigna
angularis][Vigna
radiata]
(Vierling et
al. 1997)
Asimismo, en la Figura 5 mostramos los niveles de expresión diferencial (en términos
del logaritmo base 2 de la razón de cambio) para los sORFs identificados tanto en
nódulos de 20 dpi de P. vulgaris BAT93 como en nódulos de 20 dpi de P. vulgaris 7
(genotipo silvestre tolerante) respecto a la expresión en los nódulos de 20 dpi control
de cada genotipo. De los 17 identificados en BAT93, 6 muestran un incremento en la
expresión y 11 una disminución. Si bien no presentaron identidad con alguna función
reportada previamente, los dominios en dos de ellos se asocian a un factor de splicing
(PHASIBEAM10F006374) y a un dominio de citocromo-c oxidasa
(PHASIBEAM10F012744). De los 42 identificados en P. vulgaris 7, 29 incrementan su
expresión, mientras que 13 la disminuyen. De los que disminiuyeron su expresión,
81
identificamos asociación funcional con proteínas relacionadas a estrés
(Phvul.008G112900.1, Phvul.008G189400.1, Phvul.009G027600.1.), factores de
crecimiento (Phvul.003G233400.1) (Yang et al., 2001), citocromo b5
(Phvul.006G115900.1) y a proteínas de respuesta a ácido giberélico
(Phvul.008G235300.1). De los sORFs que incrementaron su expresión identificamos
dominios relacionados con calmodulina, dominios presentes en proteína que participan
en la señalización de calcio (Phvul.001G155400.1, Phvul.001G260700.1,
Phvul.003G115800.1, Phvul.007G111200.1, Phvul.007G278900.1), y en proteínas de
respuesta a fitohormonas como etileno, auxina y giberelina (Phvul.007G193400.1,
Phvul.007G219700.1, Phvul.009G015900.1, Phvul.010G019700.1).
Fig 5. sORFs diferencialmente espresados en (a) P. vulgaris BAT93 y (b) P. vulgaris 7. Los valores
de expresión génica entre los nódulos de 20 dpi control y sometidos a estrés por calor se expresaron en
82
términos del logaritmo base 2 de la magnitud de cambio. Los números de acceso están indicados en el
eje X.
Tabla 6. Lista de sORFs diferencialmente expresados en nódulos de 20 dpi de P. vulgaris 7 ante
tratamiento de estrés por calor.
ID Size GO MOTIF
MEME
BLASTP
(Superfamilies)
Sequences
producing
significant
alignments
Associate
d process
Phvul.010G019
700.1
112 Uncharacterized
protein family
SERF
N/A 4F5 Gibberellin
regulated
protein [Cynara
cardunculus var.
Scolymus]
Hormonal
control
Phvul.010G142
400.1
114 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.010G043
000.1
97 Domain of
unknown
function
(DUF581)
N/A zf-FLZ
superfamily
uncharacterized
genes
83
Phvul.003G124
400.1
74 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.003G233
400.1
75 phytosulfokine
4 precursor
N/A PSK superfamily phytosulfokines
-like [Glycine
max]
Growth
Phvul.003G115
800.1
121 Ca2+-binding
protein 1
Motif
F/A
Efh superfamily
(EF-hand7)
hypersensitivye
reaction
associated
Ca2+-binding
protein
[Phaseolus
vulgaris]
calmodulin-like
[Vigna
angularis]
Calcium
signaling
(Liu et
al., 2003;
Al-Quara
an et al.,
2010)
Phvul.009G200
800.1
141 N/A N/A G_glu_transpept
superfamily
transmembrane
protein, putative
[Medicago
truncatula]
84
Phvul.009G158
400.1
58 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
aldo/keto
reductase
[Desulfitobacter
ium
metallireducens
]
Phvul.009G015
900.1
101 SAUR-like
auxin-responsiv
e protein family
N/A Auxin_inducible
superfamily
auxin-induced
protein ARG7
[Cajanus cajan]
Predicted:
auxin-induced
protein 15A
[Vigna
angularis]
Hormonal
control
Phvul.009G142
200.1
115 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.009G027
600.1
150 Heavy metal
transport/detoxi
fication
superfamily
protein
N/A HMA_superfamil
y
Predicted:
heavy
metal-associate
d isoprenylated
plant protein 22
Stress
response
85
[Vigna
angularis]
Phvul.011G012
600.1
86 Domain of
unknown
function,
DUF642
N/A PLN03089/hypote
tical
uncharacterized
genes
Phvul.008G196
700.1
44 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.008G121
000.1
101 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.008G235
300.1
97 Gibberellin-reg
ulated family
protein
N/A GASA
superfamily
gibberellic acid
-stimulated
protein 1
[Glycine soja]
Hormonal
control
Phvul.008G112
900.1
101 Bifunctional
inhibitor/lipid-tr
ansfer
protein/seed
storage 2S
albumin
N/A AAI_LTSS
superfamily
predicted:
putative
ipid-transfer
protein DIR1
[Vigna
angularis]
Stress
response
86
superfamily
protein
Phvul.008G189
400.1
134 Heavy metal
transport/detoxi
fication
superfamily
protein
N/A HMA_superfamil
y
Predicted:
copper transport
protein
ATX1-like
[Glycine max]
Stress
response
Phvul.008G012
000.1
137 Calcium-bindin
g EF-hand
family protein
N/A EFh
superfamily/EF-ha
nd7
calcium-binding
EF-hand protein
[Medicago
truncatula]
Phvul.008G237
000.1
144 HSP20-like
chaperones
superfamily
protein
N/A alpha-crystallin-H
sps_p23-like
superfamily
Predicted: 15.7
kDa heat shock
protein,
peroxisomal
[Vigna
angularis]
Phvul.004G148
400.1
71 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
87
Phvul.007G220
400.1
54 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.007G205
900.1
62 Low
temperature and
salt responsive
protein family
N/A No Putative
Conserved
Domain
Predicted:
hydrophobic
protein RCI2B
[Vigna
adiata]/Stress-in
duced
hydrophobic
peptide
[Theobroma
cacao]
Phvul.007G111
200.1
118 calmodulin-like
11
Motif
D/F
EFh
superfamily/EF-ha
nd7
Predicted:
calmodulin-like
protein 11
[Vigna radiata]
Calcium
signaling
(Liu et
al., 2003;
Al-Quara
an et al.,
2010)
Phvul.007G193
400.1
147 Integrase-type
DNA-binding
N/A AP2 superfamily Ethylene-respon
sive
transcription
Hormonal
control
88
superfamily
protein
factor ERF098
[Glycine soja]
Phvul.007G167
000.1
131 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.007G278
900.1
150 calmodulin-like
11
Motif
D/F/G
EFh superfamily Predicted:
calmodulin-like
protein 8 [Vigna
radiata var.
radiata]
Calcium
signaling
(Liu et
al., 2003;
Al-Quara
an et al.,
2010)
Phvul.007G219
700.1
96 SAUR-like
auxin-responsiv
e protein family
N/A Auxin_inducible
superfamily
Predicted:
auxin-induced
protein
X15-like
[Glycine max]
Phvul.001G037
600.1
119 Domain of
unknown
function
(DUF3511)
N/A DUF3511
superfamily
uncharacterized
genes
89
Phvul.001G138
800.1
67 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.001G167
300.1
127 RmlC-like
cupins
superfamily
protein
N/A Cupin_3/Cupin_li
ke superfamily
RmlC-like
cupins
superfamily
protein
Phvul.001G155
400.1
148 calmodulin-like
11
Motif
D/F/G
EFh superfamily Predicted:
calmodulin-3-li
ke [Vigna
radiata var.
radiata]
Calcium
signaling
(Liu et
al., 2003;
Al-Quara
an et al.,
2010)
Phvul.001G249
500.1
67 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.001G260
700.1
84 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacteriz
ed genes/
F-box
domain,
cyclin-like
protein
Cell
proliferati
on
90
[Cynara
carduncul
us var.
scolymus]
Phvul.006G173
000.1
93 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.006G165
800.1
127 jasmonate-zim-
domain protein
8
N/A tify_superfamily /
CCT_2
superfamily
Predicted:
protein TIFY
5A-like [Vigna
radiata var.
radiata]
Phvul.006G043
100.1
94 N/A N/A No Putative
Conserved
Domain
uncharacterized
genes
Phvul.006G115
900.1
143 cytochrome B5
isoform E
N/A Cyt-b5
superfamily
cytochrome
b5-like [Vigna
angularis]
Phvul.002G009
700.1
132 VQ
motif-containin
g protein
N/A VQ superfamily Predicted:
VQ-motif
containing
protein 29-like
91
[Vigna
angularis[Vigna
radiata]
Phvul.002G062
300.1
56 N/A N/A DUF4534
superfamily
uncharacterized
genes
Phvul.002G235
100.1
73 N/A N/A DUF761
superfamily
uncharacterized
genes
Phvul.002G036
100.1
113 cytochrome c-2 N/A Cytochrom_C
superfamily
Cytochrome c
[Cajanus
cajan][Medicag
o truncatula]
Phvul.002G159
400.1
99 SPIRAL1-like2 Motif E No Putative
Conserved
Domain
Predicted:
protein
SPIRAL-like 5
[Vigna
angularis]
Phvul.002G159
400.2
99 SPIRAL1-like2 Motif E No Putative
Conserved
Domain
Predicted:
protein
SPIRAL-like 5
[Vigna
angularis]
92
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
P. vulgaris genotipo silvestre, P. acutifolius genotipo silvestre y V.
unguiculata IPA206, mejores fijadores de nitrógeno ante estrés por calor
P. vulgaris silvestre mostró ser más tolerante al estrés por calor al mantener la actividad
de fijación de nitrógeno a pesar de la alta temperatura sostenida durante 6 h, mientras
que el genotipo sensible BAT93 redujo su nivel de fijación de nitrógeno. En P. acutifolius
y V. unguiculata la diferencia en actividad específica de reducción de acetileno no fue
significativa, lo cual nos indica que también tienen un mejor desempeño en la fijación
de nitrógeno en condiciones de estrés por calor, sin embargo consideramos que sería
importante realizar más réplicas para corroborarlo. Es importante caracterizar las
diferencias en el desarrollo de nódulos entre los genotipos empleados, ya que varían
considerablemente el tamaño, la posición y distribución en la raíz de los nódulos entre
los diferentes genotipos de P. vulgaris, P. acutifolius y V. unguiculata, así como las
características de sus raíces y las diferentes especies de Rhizobium o Bradirhizobium
que les nodulan. Tras este proceso experimental, observamos que hay pocas
descripciones técnicas que resalten estas diferencias, y podría ser información
importante para comprender tanto las condiciones de suelo y clima en las que pueden
desarrollarse, fijar nitrógeno y producir semilla con un mejor rendimiento.
Un porcentaje de los genes diferencialmente expresados compartidos entre BAT93
genotipo sensible y P. vulgaris silvestre genotipo tolerante a calor están relacionados
con los procesos de fijación de nitrógeno y estrés, por ejemplo la familia de chaperonas
Hsp70, sus co-chaperonas y otras proteínas asociadas a plegamiento como calnexina,
calreticulina y la proteína disulfuro isomerasa. Si bien han sido ampliamente estudiadas
en diversas especies ante estrés por calor, es importante analizar la forma en que
conectan diversas vías metabólicas en el desarrollo y actividad del nódulo –tales como
las mencionadas en relación con la UPR en el primer capítulo de la tesis– de P. vulgaris
93
para entender el impacto que tiene en el rendimiento del proceso de fijación de
nitrógeno. A partir de estos resultados, continuaremos el análisis de la clasificación
ontológica de estos genes diferencialmente expresados (tanto los que incrementan
como los que disminuyen su expresión) para identificar otras rutas metabólicas
importantes en la respuesta a calor asociadas al nódulo y su proceso de fijación de
nitrógeno. Los datos de los transcriptomas se encontrarán disponibles en los siguientes
meses en la base de datos pública Gene Expression Omnibus (Edgar et al., 2002) de
NCBI, con lo cual contribuimos a la disponibilidad de información de la expresión de
genes en P. vulgaris, particularmente en sus nódulos simbióticos, lo cual permite a la
comunidad profundizar en su estudio bioinformático y experimental, así como mejorar
la anotación de sus transcritos.
Los sORFs diferencialmente expresados en respuesta a estrés por calor
en los nódulos de P. vulgaris son candidatos potenciales para identificar su
función a través de estudios de genómica funcional
Con respecto al análisis de expresión diferencial de los sORFs, los pequeños marcos
de lectura han cobrado importancia en diversos procesos de las plantas (Feng et al.
2023) y con estos resultados aportamos información a estudios previos que nos
muestran que en las interacciones leguminosa - rhizobia son relevantes (Guillen et al.
2013), así como en procesos de respuesta a estrés (Batut et al. 2011; Hanada et al.
2012; Marmiroli and Maestri, 2014). De la publicación de nuestro artículo a la fecha, se
han incrementado los sORFs reportados en las diversas bases de datos, siendo un
campo con muchas áreas de oportunidad experimental y bioinformática para identificar
posibles funciones y características de estos. En este trabajo, apoyados con la
tecnología de RNA-seq aportamos información acerca de cambios relevantes en la
expresión génica de potenciales péptidos pequeños que se expresan diferencialmente
en los nódulos de los dos genotipos mencionados de P. vulgaris, nodulados por la
94
bacteria R. tropici CIAT899, una bacteria que también se ha reportado resistente a calor
en condiciones de estrés prolongado (Martínez-Romero et al. 1991).
Posteriormente al envío a revisión del artículo publicado (Zayas-Del Moral et al., 2021)
se han presentado nuevas bases de datos y estrategias para la identificación de
potenciales sORFs. Particularmente en plantas, existe la base de datos PsORF
[http://psorf.whu.edu.cn/] y nuevas técnicas como Ribo-Seq, la secuenciación de sitios
protegidos por el ribosoma, que dan indicios de zonas donde hay mayor traducción de
mRNAs. Actualmente, con el avance de su estudio tanto en plantas como en animales
y levaduras, existen nuevas clasificaciones de sORFs de acuerdo a su localización en
el mRNA: uORF (upstream), dORF (downstream), lncRNA-sORFs (en long non coding
RNAs), y sORFs intergénicos. El estudio de sus potenciales funciones ha cobrado
interés, se propone que pueden participar como reguladores de la traducción de otros
marcos de lectura o de la abundancia de miRNAs (revisado por Feng et al., 2023). Esto
ha llevado a nuevos panoramas de regulación traduccional, lo cual nos invita a retomar
los potenciales sORFs identificados en este estudio para un análisis comparativo de
acuerdo a las nuevas clasificaciones, y a realizar análisis de genómica funcional que
nos permitan saber más sobre su papel tanto en la nodulación como en la respuesta a
estrés por calor. La funcionalidad de estos péptidos pequeños es un campo aún muy
poco explorado experimentalmente, por lo que es un área de oportunidad interesante
para dar continuidad a este proyecto.
PERSPECTIVAS
Genómica funcional a partir de los genes diferencialmente expresados
A partir de los resultados de expresión diferencial obtenidos, queda abierta la
posibilidad de continuar el análisis de los candidatos identificados a través de genómica
funcional, tanto para identificar las principales vías metabólicas que inducen o reprimen
95
su respuesta, como para probar algunos candidatos clave en mantener el nivel de
fijación de nitrógeno en los genotipos que no presentaron cambios a pesar del estrés
por calor. Si bien en el planteamiento original del proyecto ante la IAEA, descrito en los
objetivos de este capítulo de la tesis, se propuso que estos experimentos fueran parte
del proyecto, el proceso de selección de genotipos de frijol, la identificación de
bacterias simbiontes para cada genotipo con buena eficiencia en nodulación, así como
las pruebas de estrés por calor que realizamos con los diferentes genotipos y especies
tomaron una parte considerable del tiempo con el que contábamos para el proyecto, en
adición al tiempo de espera de los resultados de secuenciación y su análisis. Se
proyecta una siguiente publicación con un análisis bioninformático más amplio respecto
a las funciones de los genes expresados diferencialmente.
Análisis del rendimiento y calidad en la producción de semilla de los
genotipos tolerantes
Por otra parte, en términos de conocer mejor el rendimiento a nivel de la producción de
las semillas de un frijol que ha sido sometido a estrés por calor, sería importante repetir
el experimento y dejar un mayor número de plantas en recuperación hasta la
producción de semilla para validar la diferencia en dicha producción, posterior a un
panorama de 6 horas de estrés por calor. BAT93 redujo considerablemente su
producción, sin embargo es importante contar con más réplicas para todos los
genotipos analizados para validar estas diferencias, e incluso, analizar la calidad y
viabilidad de las semillas producidas.
96
BIBLIOGRAFÍA
Aguila YF, De J, Martín CV, Morales SR, and Arredondo I (2014) Caracterización de tres
nuevas variedades de Vigna unguiculata (“IPA 206” e”IPA 207” y “GUARIBA”) en Cuba
(2014) 41(2):65-69
Alves MS, Reis PAB, Dadalto SP, Faria JAQA, Fontes EPB, and Fieto LG (2011) A novel
transcription factor, ERD15 (Early Responsive to Dehydration 15), connects endoplasmic
reticulum stress with an osmotic stress-induced cell death signal. JBC.
286(22):20020-20030
Andrés JA, Rovera M, Guiñazú LB, Pastor NA y Rosas SB (2012) Interactions between
legumes and rhizobia under stress conditions. Springer Bacteria in Agrobiology: Stress
Management. Springer. Capítulo 5: 77-94
Angelos E, Ruberti C, Kim SJ, and Brandizzi F (2017) Maintaining the Factory: the roles of
the unfolded protein response in celular homeostasis in plants. The Plant Journal.
90:671-682
Appleby CA (1984) Leghemoglobin and Rhizobium respiration. Annual Review of Plant
Physiology. 35:443-478
Appleby CA (1992) The origin and functions of haemoglobin in plants. Science progress.
76(3/4)365-398
Arraño-Salinas P, domínguez-Figueroa J, Herrera Vásquez A, Zavala D, Medina J,
Vicente-Carbajosa J, Meneses C, Canessa P, Moreno AA and Blanco-Herrera F (2018)
WRKY7, -11 and -17 transcription factors are modulators of the bZIP28 branch of the
unfolded protein response during PAMP-triggered immunity in Arabidopsis thaliana. Plant
Science. 277:242-250
Auer, P.L., and Deorge R.W. Statistical Design and Analysis of RNA Sequencing Data.
Genetics. 2010. 185:405-416
Bao Y, and Howell SH. (2017) The Unfolded Protein Response Supports Plant Development
and Defense as well as Responses to Abiotic Stress. Frontiers in Plant Science. 8:Art.344
Baxter and Kirk. Base composition of DNA from chloroplasts and nuclei of Phaseolus
vulgaris. 1969. Nature 222:272-273
97
Bennett MD and Leitch IJ Nuclear DNA amounts in angiosperms: progress, problems and
prospects. 2005. Annals of Botany. 95:45-90
Bernales S, Papa FR, and Walter P. (2006). Intracellular signaling by the unfolded protein
response. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22: 487-508
Boston, R.S., Viitanen, P.V., Vierling, E. Molecular chaperones and protein folding in plants.
Plant Molecular Biology. 1996. 32: 191-222
Broughton and Dilworth. Control of leghaemoglobin synthesis in snake beans. 1971.
Biochem J. 125:1075-1080
Bullard, J.H., Purdom, E., Hansen, K.D., and Dudoit, S. (2010) Evaluation of statistical
methods for normalization and differential expression in mRNA-Seq experiments. BMC
Bioinformatics, 11:94
Catalano CM, Lane WS, Sherrier DJ. Biochemical characterization of symbiosome
membrane proteins from Medicago truncatula root nodules. Electrophoresis. 2004. 25:
519-531
Cermola M, Fedorova E, Taté, R., Riccio, A., Favre, R., Patriarca, E.J. Nodule invasion and
symbiosome differentiation during Rhizobium etli- Phaseolus vulgaris symbiosis. Molecular
Plant Microbe Interaction. 2000. 13(7): 733-741
Chae HJ, Kim HR, Xu C, Bailly-Maitre B, Krajewska M, Krajewski S, Banares S, Cui J,
Digicaylioglu M, Ke N, Kitada S,Monosov E, Thomas M, Kress CL, Babendure JR, Tsien RY,
Lipton SA, and Reed JC (2004) BI-1 regulates an apoptosis pathway linked to endoplasmic
reticulum stress. Molecular Cell 15:355-366
Chen Y and Brandizzi F (2012) AtIRE1A/AtIRE1B and AGB independently control two
essential unfolded protein response pathways in Arabidopsis. The Plant Journal. 69:266-277
Chung LM, Ferguson JP, Zheng W, Qian F, Bruno V, Montgomery RR, Zhao H (2013)
Differential expression analysis for paired RNA-seq data. BMC Bioinformatics. 14:110
Clarke VC, Loughlin PC, Day DA, and Smit PMC (2014) Transport processes of the legume
symbiosome membrane. Front. In Plant Science. 5(699)
Deng Y, Humbert S, Liu J-X, Srivastava R, Steven J, Rothstein SJ, and Howell SH (2011)
Heat induces the splicing by IRE1 of a mRNA encoding a transcription factor involved in the
98
unfolded protein response in Arabidopsis, Proceedings of the National Academy of
Sciences, USA, 108:7247-7252.
Dunn, MF (2014) Key roles of microsymbiont amino acid metabolism in rhizobia-legume
interactions. Critical Reviews in Microbiology. 41(4): 411-451
Edgar R, Domrachev M, Lash AE (2002) Gene Expression Omnibus: NCBI gene expression
and hybridization array data repository. Nucleic Acids Res. 30: 207-210.
Estrada-Navarrete G, Alvarado-Affantranger X, Olivares JE, Díaz-Camino C, Santana O,
Murillo E, Guillén G, Sánchez-Guevara N, Acosta J, Quinto C, Li D, Gresshoff PM, and
Sanchez F (2006) Agrobacterium rhizogenes transformation of the Phaseolus spp.: a tool for
functional genomics. Molecular Plant-Microbe Interactions. 19(12): 1385-1393
Estrada-Navarrete G, Alvarado-Affantranger X, Olivares JE, Guillén G., Díaz-Camino C,
Campos F, Quinto C, Gresshoff PM, and Sanchez F (2007) Fast, efficient and reproducible
genetic transformation of Phaseolus spp. by Agrobacterium rhizogenes. Nature protocols. 2:
1819-1824
Estrada-Navarrete G, Cruz-Mireles N, Lascano R, Alvarado-Affantranger X,
Hernández-Barrera A, Barraza A, Olivares JE, Arthikala MK, Cárdenas L, Quinto C, and
Sanchez F (2016) An autophagy related kinase is essential for the symbiotic relationship
between Phaseolus vulgaris and both rhizobia and arbuscular mycorrhizal fungi. Plant Cell.
28(9):2326-2341
Feng Y, Jiang M, Yu W, and Zhou J (2023) Identification of short open reading frames in
plant genomes. Front. Plant Sci. 14:1094715.
Fernández-Bautista N, Fernandez-Calvino L, Muñoz A, and Castellano MM. (2017) HOP3, a
member of the HOP family in Arabidopsis, interacts with BiP and plays a major role in the
ER stress response. Plant, Cell and Environment. Doi: 10.1111/pce.12927
Fernandez-Luqueño F, Dendooven L, Munive A, Corlay-Chee L, Serrano-Covarrubias LM,
Espinosa-Victoria D (2008) Micro-morphology of common bean (Phaseolus vulgaris L.)
nodules undergoing senescence. Acta Physiol. Planta. 30:545-552
Ferguson BJ, Indrasumunar A, Hayashi S, Lin MH, Lin YH, Reid DE, and Gresshoff PM
(2010) Molecular analysis of legume nodule development and autoregulation. Journal of
Integrative Plant Biology. 52: 61-76
Glick, B.S. (1995) Can Hsp70 proteins act as force generating motors?. Cell. 80:11-14
99
González de Mejía E, Martínez-Resendiz V, Castaño-Tostado E, Loarca-Piña G (2003)
Effect of drought on polyamine metabolism, yield, protein content and in vitro protein
digestibility in tepary (Phaseolus acutifolius) and common (Phaseolus vulgaris) bean seeds.
J. Sci. Food Agric. 83:1022-1030
Guillén G, Díaz-Camino C, Loyola-Torres CA, Aparicio-Fabre R, Hernández-López A, Díaz
Sánchez M, and Sanchez F. (2013) Detailed analysis of putative genes encoding small
proteins in legume genomes. Front. in Plant Sci. 4(208)
Hasler J, Cao SS and Kaufman RJ. (2012) IRE1, a double-edged sword in pre-miRNA
slicing and cell death. Developmental Cell. 23:921-923
Hingorani KS, and Gierasch LM (2014) Comparing protein folding in vitro and in vivo:
foldability meets the fitness challenge. 24:81-90
Hossain MA, Henríquez-Valencia C, Gómez-Páez M, Medina J, Orellana A,
Vicente-Carbajosa J, and Zouhar J (2016) Identification of novel components of the unfolded
protein response in Arabidopsis. Front. Plant Sci. 7:650
Howell SH (2017) When is the unfolded protein response not the unfolded protein
response? Plant Science 260:139-143
Howell SH (2013) ER stress responses in plants. Annu. Rev. of Plant Biol. 64:477-499
Islas-Flores T, Guillén G, Alvarado-Affantranger X, Lara-Flores M, Sánchez F, y Villanueva
MA (2011) PvRACK1 loss-of-function impairs cell expansion and morphogenesis in
Phaseolus vulgaris L. root nodules. Mol Plant Microbe Int. 24:819-26
Iwata Y, Sakiyama M, Lee MH, and Koizumi N (2010) Transcriptomic response of
Arabidopsis thaliana to tunicamycin induced endoplasmic reticulum stress. Plant
Biotechnology. 27:161-171
Iwata Y, and Koizumu N (2012) Plant transducers of the endoplasmic reticulum unfolded
protein response. Trends Plant Science. 17:720-727
100
Ju et al. (2005) The potato virus X TGBp2 movement protein associates with endoplasmic
reticulum derived vesicles during virus infection. Plant Physiology. 138: 1877-1895
Khaminets, A. et al. (2015) Regulation of endoplasmic reticulum turnover by selective
autophagy. Nature. 522: 354–358
Koizumi N, Martinez IM, Kimata Y, Kohno K, Sano H, and Chrispeels MJ. (2001) Molecular
characterization of two Arabidopsis ire1 homologs, endoplasmic reticulum-located
transmembrane protein kinases. Plant Physiology 127: 949-962
Lee KP, Dey M, Deculai D, Cao C, Dever TE, and Scicheri F (2008) Structure of the dual
enzyme Ire1 reveals the basis for catalysis and regulation in nonconventional RNA splicing.
Cell 132(1):89-100
Li et al. (2008) The unfolded protein response regulator GRP78/BiP is required for
endoplasmic reticulum integrity and stress-induced autophagy in mammalian cells. Cell
Death and Differentiation. 15: 1460-1471
Li et al. (2010) Mammalian endoplasmic reticulum stress sensor IRE1 signals by dynamic
clustering. PNAS 107(37):16113-16118
Li et al. (2012) ZmbZIP60 mRNA is spliced in maize in response to ER stress. BMC
Research Notes. 5:144
Lin, B.-L., Wang, J.-S., Liu, H.-C., Chen, R.-W., Meyer, Y., Barakat, A., Delseny, M. (2001)
Genomic analysis of the Hsp70 superfamily in Arabidopsis thaliana. Cell Stress &
Chaperones. 6(3): 201-208
Lin et al. (2007) IRE1 signaling affects cell fate during the unfolded protein response.
Science 318: 944-949
Lisbona F, Rojas-Rivera D, Thielen P, Zamorano S, Todd D, Martinon F, Galvic A, Kress C,
Lin JH, Walter P, Reed JC, Glimcher LH, and Hetz C. (2009) Bax inhibitor-1 is a negative
regulator of the ER stress sensor IRE1a. Molecular Cell 33:679-691
Liu JX, Srivastava R, Che P, and Howell SH. (2007) An endoplasmic reticulum stress
response in Arabidopsis is mediated by proteolytic processing and nuclear relocation of a
membrane-associated transcription factor, bZIP28. Plant Cell 19(12):4111-4119
101
Liu and Howell. (2010) bZIP28 and NF-Y transcription factors are activated by ER stress
and assemble into a transcriptional complex to regulate stress response genes in
Arabidopsis. The Plant Cell, 22:1-13
Manghwar H and Li J (2022) Endoplasmic reticulum stress and unfolded protein response
signaling in plant. International Journal of Molecular Sciences. 23, 828
Martínez-Romero E, Segovia L, Martins Mercante F, Franco AA, Graham P, and Pardo MA.
(1991) Rhizobium tropici, a novel species nodulating Phaseolus vulgaris L. Beans and
Leucaena sp. Trees. International Journal of Systematic Bacteriology. 41(3):417-426
Martínez and Chrispeels. (2003) Genomic analysis of the unfolded protein response in
Arabidopsis shows its connection to important cellular processes. Plant Cell 15:561-576
McCarthy FM, Wang N, Magee GB, Nanduri B, Lawrence ML, Camon EB, … Burgess SC
(2006) AgBase: a functional genomics resource for agriculture. BMC Genomics. 7:229
Mishiba K et al. (2013) Defects in IRE1 enhance cell death and fail to degrade mRNAs
encoding secretory pathway proteins in the Arabidopsis unfolded protein response. PNAS.
110(14):5713-5718
Mitou G, Budak H, and Gozuacik D (2009) Techniques to study autophagy in plants. Int.
Journal of Plant Genomics 2009:ID 451357
Montiel J, Nava N, Cárdenas L, Sánchez-López R, Kumar Arthikala M, Santana O, Sanchez
F y Quinto C (2012) A Phaseolus vulgaris NADPH oxidase gene is required for root infection
by Rhizobia. Plant Cell Physiology 53:1751-1767
Moreno AA, and Orellana A (2011) The physiological role of the unfolded protein response
in plants. Biol. Res. 44:75-80
Moreno AA, Mukhtar MS, Blanco F, Boatwright JL, Moreno I, Jordan MR, Chen Y, Brandizzi
F, Dong X, Orellana A, and Pajerowska-Mukhtar KM. (2012) IRE1/bZIP-mediated unfolded
protein response plays distinct roles in plant immunity and abiotic stress responses. PLoS
ONE. 7(2):e31944
Morrison Baird L, Webster BD (1982) Morphogenesis of Effective and Ineffective Root
Nodules in Phaseolus vulgaris L. Botanical gazette. 143(1): 41-51
Nagashima et al. (2011) Arabidopsis IRE1 catalyses unconventional splicing of bZIP60
mRNA to produce the active transcription factor. Nature Scientific Reports 1:29
102
Noh et al. (2002) Characterization of two homologs of Ire1p, a kinase/endoribonuclease in
yeast, in Arabidopsis thaliana. Biochem. Biophys. Acta 1575:130-134
Oikawa et al. (2007) Site-specific cleavage of CD59 mRNA by endoplasmic
reticulum-localized ribonuclease, IRE1. Biochem. and Biophys. Res. Com. 36:122-127
Oshlack A, Robinson M, and Young M (2010) From RNA-seq reads to differential expression
results. Genome biology. 11:220
O’Rourke JA, Yang SS, Miller SS, Bucciarelli B, Liu J, Rydeen A, Bozsoki Z, Uhde-Stone C,
Tu ZJ, Allan D, Gronwald JW, Vance CP (2013) An RNA-Seq transcriptome analysis of
orthophosphate-deficient white lupin reveals novel insights into phosphorus acclimation in
plants. Plant Physiol. 161: 705-724.
O’Rourke JA, Iniguez LP, Fu F, Bucciarelli B, Miller SS, Jackson SA et al. (2014) An
RNA-Seq based gene expression atlas of the common bean. BMC Genomics. 15:866.
Panter S et al. (2000) Identification with proteomics of novel proteins associated with the
peribacteroid membrane of soybean root nodules. MPMI. 13(3):325-333
Peláez P, Trejo MS, Iñiguez LP, Estrada-Navarrete G, Covarrubias AA, Reyes JL, and
Sanchez F (2012) Identification and characterization of microRNAs in Phaseolus vulgaris by
high-throughput sequencing. BMC Genomics, 13(1):1–18.
Perrine-Walker FM, Kouchi H and Ridge RW (2014) Endoplasmic reticulum-targeted GFP
reveals ER remodeling in Mesorhizobium-treated Lotus japonicus root hairs during root hair
curling and infection thread formation. Protoplasma 251(4):817-826
Philippot, L. and J. C. Germon. (2005). Contribution of bacteria to initial input and cycling of
nitrogen in soils. pp. 159-176. In: F. Buscot and A. Varma (eds.). Microorganisms in soils:
roles in genesis and functions. Soil Biology. Springer-Verlag. Heidelberg, Germany
Pompa A, and Vitale A (2006) Retention of a bean phaseolin/maize alfa-zein fusion in the
endoplasmic reticulum depends on disulfide bond formation. The Plant Cell. 18:2608-2621
Popp C, Ott T (2011) Regulation of signal transduction and bacterial infection during root
nodule symbiosis. Current Opinion in Plant Biology. 14(4):458-467
103
Prell J et al. (2009) Legumes regulate Rhizobium bacteroid development and persistence by
the supply of branched-chain amino acids. PNAS. 106(30):12477-12482. (auxotrofía)
Ramírez M, Graham M A, Blanco-López L, Silvente S, Medrano-Soto A, Blair MW,
Hernández G., Vance CP, and Lara M. Sequencing and analysis of common bean ESTs:
Building a foundation for functional genomics. Plant Physiol. 2005. 137:1211-1227
Rendón-Anaya M, Montero-Vargas JM, Saburido-Álvarez S, Vlasova A, Capella-Gutierrez S,
Ordaz-Ortiz JJ, Aguilar OM, Vianello-Brondani RP, Santa M, Delaye L, Gabaldón T, Gepts P,
Winkler R, Guigó R, Delgado-Salinas A, and Herrera-Estrella A. Genomic history of the
origin and domestication of common bean unveils its closest sister species. Genome Biology
(2017) 18:60 (DOMESTICACIÓN)
Rodríguez-López J, Hernández A, Estrada-Navarrete G, Sánchez F, and Díaz-Camino C
(2019) The noncanonical heat shock protein PvNod22 is essential for infection thread
progression during rhizobial endosymbiosis in common bean. MPMI 32(8): 939-948
Ron D, and Walter P. (2007) Signal integration in the endoplasmic reticulum unfolded protein
response. Nature Review Molecular Cell Biology 8:519-529
Sabate R, de Groot NS, Ventura S (2010) Protein folding and aggregation in bacteria.
Cellular and Molecular Life Sciences. 67:2695-2715
Servín-Garcidueñas LE, Rogel MA, Ormeño-Orillo E, Zayas-del Moral A, Sánchez F,
Martínez-Romero E. (2016) Complete genome sequence of Bradyrhizobium sp. Strain
CCGE-LA001, isolated from field nodules of the enigmatic wild bean Phaseolus
microcarpus. Genome Announcements ASM. 4(2) e00126-16
Servín-Garcidueñas LE, Zayas-del Moral A. Ormeno-Orrillo E, Rogel MA, Delgado-Salinas
A, Sanchez F, Martinez-Romero E. Symbiont shift towards Rhizobium nodulation in a group
of phylogenetically related Phaseolus species Molecular Phylogenetics and Evolution. 2014.
79, 1-11.
Schmutz J, McClean PE, Mamidi S, Wu GA, Cannon SB, Grimwood J, Jenkins J, Shu S,
Song Q, Chavarro C, Torres-Torres M, Geffroy V, Mafi Moghaddam S, Gao D, Abernathy B,
Barry K, Blair M, Brick MA, Jia G, Kelly JD, Kudrna D, Lee R, Richard MMS, Miklas PN,
Osorno JM, Rodrigues J, Thareau V, Urea CA, Wang M, Yu Y, Zhang M, Wing RA, Cregan
PB, Rokhsar DS, and Jackson SA. (2014) A reference genome for common bean and
genome-wide analysis of dual domestications. Nature Genetics. 46(7):707-713
Simões-Araújo JL, Rodríguez RL, Gerhardt LB de A, Mondego JMC, Alves-Ferreira, M,
Gouvêa Rumjanek N, and Margis-Pinheiro M. Identification of differentially expressed genes
104
by cDNA-AFLP technique during heat stress in cowpea nodules. FEBS letters. 2002.
515:44-50
Simões-Araújo JL, Gouvêa Rujanek N, and Margis-Pinheiro M. Small heat shock proteins
genes are differentially expressed in distinct varieties of common bean. Braz. J. Plant
Physiol. 2003. 15:33-41
Skot L (2003) Genetic modification applications | Nitrogen fixation. Encyclopedia of Applied
Plant Sciences. 413-419
Sprent JI, Ardley J, and James EK (2017) Biogeography of nodulated legumes and their
nitrogen-fixing symbionts. New Phytologist. 215:40-56
Srivastava R, Li Z, Russo G, Tang J, Bi R, Muppirala U, Chudalayandi S, Severin A, He M,
Vaitkevicius SI, Lawrence-Dill CJ, Liu P, Stapleton Ann E, Bassham DC, Brandizzi F, Howell
SH (2018) Response to persistent ER stress in plants: a multiphasic process that transitions
cells from prosurvival activities to cell death. Plant Cell. 30:1220-1242
Stefano G, Renna L, and Brandizzi F (2014) The endoplasmic reticulum exerts control over
organelle streaming during cell expansion. Journal of Cell Science. 127:947-953
Tateda C, Ozaki R, Onodera Y, Takahashi Y, Yamaguchi K, Berberich T, Koizumi N, Kusano
T (2008) NtbZIP60, and endoplasmic reticulum-localized transcription factor, plays a role in
the defense response against bacterial pathogens in Nicotiana tabacum. J Plant Res 121:
603-611
Upton JP, Wang L, Han D, Wang ES, Huskey NE, Lim L, Truitt M, McManusMT, Ruggero D,
Goga A, Papa FR, and Oakes SA (2012) IRE1a cleaves select microRNAs during ER stress
to derepress translation of proapoptotic Caspase-2. Science. 338(6108):818-22
Valente MA, Faria JA, Soares-Ramos JR, Reis PA, Pinheiro GL, Piovesan ND, Morais AT,
Menezes CC, Cano MA, Fietto LG, Loureiro ME, Aragao FJ, Fontes EP. (2009) The ER
luminal binding protein (BiP) mediates an increase in drought tolerance in soybean and
delays drought-induced leaf senescence in soybean and tobacco. Journal of Experimental
Botany 60(2):553-546
Velazquez JM, Lindquist S. (1984) hsp70: nuclear concentration during environmental stress
and cytoplasmic storage during recovery. Cell. 36(3):655-62
Verdoy D, Lucas MM, Manrique E, Covarrubias AA, De Felipe MR and Pueyo JJ. Differential
organ-specific response to salt stress and water deficit in nodulated bean (Phaseolus
vulgaris). Plant, Cell and Environment. 2004. 27:757-767
105
Vitale A, Boston RS (2008) Endoplasmic reticulum quality control and the unfolded protein
response: insights from plants. Traffic 9:1581-1588
Vlasova A, Capella-Gutierrez S, Rendón-Anaya M, Hernández-Oñate M, Mionoche AE, Erb
I, Câmara F, Prieto-Barja P, Corvelo A, Sanseverino W, Westergaard G, Dohm JC, Pappas
Jr GJ, Saburido-Alvarez S, Kedra D, Gonzalez I, Cozzuto L, Gómez-Garrido J,
Aguilar-Morón M, Andre N, Aguilar OM, Garcia-Mas J, Zehnsdorf M, Vázquez MP,
Deglado-Salinas A, Delaye L, Lowy E, Mentaberry A, Vianello-Brondani RP, García JL,
Alioto T, Sánchez F, Himmelbauer H, Santalla M, Notredame C, Gabaldón T,
Herrera-Estrella A and Guigo R. Genome and transcriptome analysis of the Mesoamerican
common vean and the role of gene duplications in establishing tissue and temporal
specialization of genes. Genome Biology. 2016. 17:32
Williams et al. (2010) AtBAG7, an Arabidopsis Bcl-2-associated athanogene, resides in the
endoplasmic reticulum and is involved in the unfolded protein response. PNAS.
107(13):6088-6093
Zayas-del Moral, A., Martínez-Reyes, D., Quinto, C., Sanchez, F., and Díaz-Camino, C.
(2021). Identification of small open reading frames (sORFs) associated with heat tolerance
in nitrogen-fixing root nodules of Phaseolus vulgaris wild-type and cv BAT93. CROP
ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE: High-Temperature Stress in Drought Prone Areas
FAO/IAEA Co-ordinated Research Project on Climate Proofing Crops: Genetic Improvement
for Adaptation to High Temperature in Drought-Prone Areas and, 28.
Zeng Y, Li B, Zhang W, and Jiang L (2019) ER-phagy and ER stress response (ERSR) in
plants. Front. Plant Sci. 10:1192
Zhang SS, Yang H, Ding L, Song ZT, Ma H, Chang F, and Liu JX (2017) Tissue-specific
transcriptomics reveals and important role of the unfolded protein response in maintaining
fertility upon heat stress in Arabidopsis. Plant Cell Advance. Doi:10.1105/tpc.16.00916
Zhang X, Han L, Wang Q, Zhang C, Yu Y, Tian J and Kong Z. The host actin cytoskeleton
channels rhizobia release and facilitates symbiosome accomodation during nodulation in
Medicago truncatula. New Phytologist (2018) 221(2):1049-1059
106
Abreviaturas
BiP: Binding protein/Binding immunoglobulin protein
bZIP60: leucine zipper transcription factor 60
bZIP60s: leucine zipper transcription factor 60 spliced
bZIP60u: leucine zipper transcription factor 60 unspliced
CNX 1-like: calnexine 1-like
CRT: calreticulin
dpi: días post inoculación
ERAD: endoplasmic reticulum associated degradation
ERSE: entdoplasmic reticulum stress elements
IRE1: Inositol requiring enzyme 1
RE : retículo endoplásmico
PDI: protein disulfide isomerase
RIDD: decaimiento de mRNA dependiente de IRE1
UPR: Unfolded Protein Response
UPRE: elementos de la respuesta a proteínas mal plegadas
Anexos
Al final de esta tesis se encuentra anexo el artículo publicado:
Zayas-del Moral, A., Martínez-Reyes, D., Quinto, C., Sanchez, F., and Díaz-Camino, C.
(2021). Identification of small open reading frames (sORFs) associated with heat tolerance
in nitrogen-fixing root nodules of Phaseolus vulgaris wild-type and cv BAT93. CROP
ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE: High-Temperature Stress in Drought Prone Areas
FAO/IAEA Co-ordinated Research Project on Climate Proofing Crops: Genetic Improvement
for Adaptation to High Temperature in Drought-Prone Areas and, 28
107
III. Divulgación y Docencia
Esta tesis estaría incompleta si dejara fuera dos actividades que considero fueron
fundamentales en mi proceso de formación y que son parte de la labor científica: la divulgación
y la docencia. Estas dos actividades son fundamentales en la labor y desarrollo de un científico.
Particularmente en la época y país que vivimos, México, es básico fomentar el interés por la
ciencia en la sociedad en general, en niños y jóvenes principalmente, si deseamos que la
innovación, ciencia y tecnología evolucionen a los niveles deseables para un país en desarrollo.
En este espacio comparto los principales productos.
A) Docencia
Al comenzar el Doctorado, mi gran interés por participar en actividades de comunicación de la
ciencia me llevaron a participar como tallerista del 2011 a la fecha en el Programa Adopte Un
Talento AC (www.pauta.org.mx), el cual se enfoca en el desarrollo de aptitudes, actitudes y
habilidades necesarias para desarrollar un proyecto científico ––(y útiles en general para un
pensamiento crítico en la vida) ––. En este programa tuve la oportunidad de recibir una
excelente capacitación por parte de un equipo de científicos y pedagogos para impartir talleres.
Esta formación fue esencial para mi desarrollo en ciencias, un constante aprendizaje de
técnicas y una nueva manera de ver mis proyectos de tesis, descubrí que no es lo mismo hacer
ciencia, que participar en su enseñanza.
En este tiempo tuve la oportunidad de impartir talleres a estudiantes de primaria (1o. a 6o.)
detectados con aptitudes sobresalientes por el Instituto de Educación Básica del Estado de
Morelos (IEBEM) en Cuernavaca y Jonacatepec, a estudiantes de primaria y secundaria en
Cuernavaca, Oacalco, Tepoztlán y Cuautla, a profesores de Secundarias Generales y Técnicas
de todo el estado de Morelos, y participé también como mentora de proyectos de investigación
de estudiantes de Secundaria y Bachillerato, esto último con apoyo del laboratorio del Dr.
Federico Sánchez y la MIBB. Carmen Quinto.
Por otra parte, participé como docente durante dos años en la Normal Superior del Estado de
Morelos, impartiendo las materias de Tecnología y didáctica de las matemáticas; Funciones y
Plano Cartesiano, Los números y sus relaciones y Manejo y presentación de la información. El
108
acercamiento a quienes se están formando como docentes me hizo abrir los ojos a una
realidad poco deseable: no hay canales suficientes para vincular la ciencia con quienes se
encargan de su enseñanza. Sin duda debemos fomentar actividades para llegar a ellos.
Por último, y buscando estrategias para entender mejor cómo conectar a los docentes de
educación básica, media y media superior, actualmente, imparto clases en secundaria y
bachillerato, conociendo desde adentro los esquemas de enseñanza de la ciencia y el impacto
en sus modificaciones de planes de estudio, poniendo en práctica lo aprendido con PAUTA,
interactuando con otros profesores de ciencias, aprendiendo y transmitiendo todo lo aprendido
en estos años.
Enlistar los talleres y clases que impartí se resume en poco espacio, pero sin duda con las
enseñanzas que he obtenido de este proceso podría escribir otra tesis. La mayor lección:
hablar de la ciencia en la que trabajas es una cosa, pero conocer el contexto de una persona y
ayudar a que descubra por sí misma que la ciencia está ahí, y ayudar a que se apropie de ella
es un reto enorme, impactante y muy necesario. Deseo seguir colaborando en programas que
fomenten la enseñanza de las ciencias desde la identificación y atención de problemáticas
regionales y la capacitación docente.
B) Más Ciencia Por México
La innovación, ciencia y tecnología no son un actor protagónico en la vida y desarrollo de
México, es fácil saberlo al ver casi cualquier indicador socioeconómico, al ver la vida cotidiana
de la mayoría de los mexicanos. Al egresar de la carrera esta idea brincaba entre un grupo de
jóvenes egresados de la Licenciatura en Ciencias Genómicas que comenzábamos nuestro
camino en el ámbito científico, todos por empezar un posgrado. Quedarse estático al respecto
no era una opción. En el 2011, gestionamos un proyecto de divulgación que fue aprobado y
financiado por el IMJUVE para consituirnos legalmente y ahí nació Más Ciencia Por México AC
(www.masciencia.org), una organización civil dedicada al fomento de la innovación, ciencia y
tecnología en la vida de la sociedad mexicana. Nos constituimos legalmente en el 2012, trámite
en el cual realicé personalmente parte importante de la gestoría notarial, ante el SAT,
109
SEDESOL y su registro en RENIECYT, trámites que sólo me confirmaron la gran necesidad de
proyectos para conectar la labor científica con la sociedad ya que me cuestionaban qué
beneficios sociales podía tener nuestra actividad. A partir de entonces en Más Ciencia hemos
realizado actividades de divulgación: conferencias, talleres, cápsulas y programas de radio y
televisión por internet, intervención en la elaboración de leyes, artículos periodísticos, textos de
divulgación, concursos y exposiciones de fotografía y videos científicos, reuniones de grupos
de mexicanos en el extranjero para generar lazos y dar proyección a su trabajo en México, así
como la colaboración con agrupaciones a nivel nacional como la Academia de Ciencias de
Morelos y a nivel internacional como la World Association of Young Scientists, perteneciente a
la UNESCO. En este proyecto, además de participar en las actividades mencionadas, firmé el
acta constitutiva como miembro fundador y representante legal hasta el presente año, y fungí
como presidente de Más Ciencia en el período 2012-2014. Actualmente continúo como
miembro activo de la asociación.
Sin duda ha sido una experiencia de constante aprendizaje, en la cual he adquirido habilidades
de gestión de fondos, edición de audio y video, vinculación con otras instituciones y sectores
sociales, diseño de proyectos, entre muchas otras, las cuales deseo seguir ejercitando.
Les comparto un video, muy relacionado con mis proyectos de tesis, que realizamos para el
evento del Festival del guaje en Oaxtepec, lugar donde radico: https://youtu.be/bCKKbQiCvQQ
C) Libro: Un Mundo de Bacterias
Como parte del Taller de Redacción impartido por el escritor Francisco Rebolledo y organizado
por la Unidad de Vinculación del Campus Morelos de la UNAM, generamos como producto el
libro de divulgación Un mundo de bacterias, el cual fue aceptado como una de mis actividades
durante el PDCB. Anexo el archivo PDF en versión electrónica.
D) Obra de teatro El Romance de una Bacteria Benéfica y Una Planta
En el 2014 y 2016 el Instituto de Biotecnología, UNAM organizó el evento “Día de Puertas
Abiertas” en el que se convocó a los laboratorios a presentar sus temas de investigación a
través de actividades de divulgación adecuadas para público de diferentes edades.
Incentivados por el gran entusiasmo del Dr. Federico Sánchez diseñamos una obra de teatro en
dos partes para explicar la relevancia de la fijación biológica de nitrógeno a lo largo de la
110
evolución a través de un teatro guiñol y la segunda con una representación actoral para
explicar la interacción simbiótica entre la planta de frijol y las bacterias fijadoras de nitrógeno. El
resultado, además de convertirse en un espacio para reforzar los lazos grupales, se convirtió
en una oportunidad para dar a conocer este proceso tan importante y tan poco conocido por la
población. La obra de teatro tuvo 8 funciones en el 1er. Día de Puertas Abiertas, 3 funciones en
el 2º. día de Puertas Abiertas, presentaciones durante la Jornada Estatal de Innovación Ciencia
y Tecnología del Estado de Morelos en el 2014 (2) y 2016 (1), y una más en la Feria de Ciencia,
Arte y Tecnología del Colegio Morelos de Cuernavaca en el 2016, llegando así a un estimado
de 700 personas. Así mismo, la compartimos a través de Youtube en donde hasta el día de hoy
cuenta con un total de 428 visitas al 14 de septiembre de 2023
(https://www.youtube.com/watch?v=MnXjzvAKj-g&t=8s).
Esta fue una colaboración del grupo del Dr. Federico Sánchez la cual nos unió y puso en
práctica las ideas y habilidades de todos. Consideramos que este producto de divulgación es
útil a futuro para grupos que trabajan con el mismo tema o divulgadores, es por ello que deseo
dejar el guión que elaboramos para cerrar este capítulo.
El Romance de una Bacteria Benéfica y Una Planta
Participantes
Federico Sánchez
Claudia Díaz
Georgina Estrada
Juan Olivares
Gabriel Guillén
Claudia Dorantes
Alejandrina Hernández
Jonathan Rodríguez
Alejandra Zayas
Neftaly Cruz
Lizeth Núñez
Isabel Flores
Ana Gómez
Ezequiel López
Octavio García
Alexa García
Montserrat Loredo
Ciro Ramírez
Damián Martínez
111
Ángel Zúñiga
Doña Leo
Don Raúl
Teatro Guiñol: Origen de la vida y origen de la fijación de N2
1. Títere de Toño Lazcano, niño preguntón, bacteria
2. 4 personas tras el escenario para intercambiar los escenarios
3. Caja 2 m largo x 1.5m ancho (con boquete 1.5 x 80) x 2 m
Escenas:
1. Negro– explosión (Globo grande con papelitos dorados)-> planetas
2. Tierra – condiciones (mar, volcanes sopa primitiva))
4. Nitrógeno + hidrógeno = amonio(pizarrón)
5. fijación de nitrógeno – bacterias
6. Rhizobium – planta se reconocen, vive dentro de la planta y fija el N2, principio de la cadena
trófica – Rey León.
El niño preguntón y la fijación del N2
112
1. Fondo negro
Fede: ¡Bienvenidos al teatro de la Fijación Biológica del Instituto de Biotecnología de la UNAM. Yo
soy el Dr. Federico Sánchez y les contaré una historia fascinante que nos mantiene apasionados a
muchos colegas en todo el mundo, y aquí también en el IBT. La vida en la Tierra existe gracias a
dos procesos fundamentales: la Fotosíntesis y la Fijación Biológica del Nitrógeno. Éste es un
proceso que comenzó en nuestro planeta hace millones de años y es por eso que he invitado a un
amigo muuuuy especial, al que le encanta desentrañar cómo se generaron las primeras moléculas
orgánicas en la tierra primigenia y particularmente de cómo pudo haberse originado la vida.
Recibamos con un aplauso al Dr. Antonio Lazcano.
(Aplausos, entra Lazcano en nube de nitrógeno líquido)
(Entra niño preguntón)
Niño preguntón: ¡Ay noooo! ¡Es Toño Lazcanoooo! ¡Soy su súper faaaaaan! Oiga Doc, y porque
sale en Wikipedia?, ¡usted es bieeen chido!
Fede: A ver, a ver cálmate niño, y déjalo que nos explique algunas cosas muy importantes para
que el público conozca nuestro trabajo.
Toño: Muchas gracias Federico. A ver amigos… ¿Ustedes saben cómo se originó la vida en
nuestro planeta? (Pregunta al público) Qué bueno que dijeron que no, porque yo tampoco, y nadie
lo sabe. Pues les platico: yo estudio el maravilloso tema de cómo surgieron las primeras moléculas
que dieron lugar a que la vida ocurriera en este planeta. Para estudiarlo, hemos tenido que
colaborar astrónomos, geólogos, paleontólogos, físicos, químicos y biólogos…
Niño preguntón: ¡Asuuu mecha! Entonces usted sabe ¿que fue primero? ¿el huevo o la gallina?
Toño: A ver niño, te explico todo desde el principio… (Escenografía Big Bang) Debemos entender
que todo provino del origen del universo, cuando se formaron galaxias, las estrellas, los sistemas
solares… La mayoría de los elementos de los cuales estamos hechos o que nos permiten vivir, son
el famoso CHON el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, entre muchos otros, y provinieron de
las estrellas.
Niño preguntón: ¡Aaaaay!… ¿y entonces somos polvo de estrellas como dijo Carl Sagan? ¿Oiga
doc y yo dónde tengo nitrógeno? Porque nomás no me lo veo.
Toño: En todos los seres que habitan este planeta, incluidos nosotros, el nitrógeno es usado para
producir proteínas y ácidos nucleicos, que son los componentes esenciales de todas las células.
Resulta indispensable el nitrógeno para vivir. Afortunadamente, es el elemento químico más
abundante en la atmósfera.
Niño preguntón: Entonces doc, si el nitrógeno se encuentra en la atmósfera ¿significa que es un
elemento gaseoso?
Toño: ¡Efectivamente! El nitrógeno molecular es un gas.
113
Niño preguntón: ¡Qué chiiiido! Entonces nomás si abro la boca y me trago el aire ya tengo
nitrógeno en mi cuerpecito?
Fede: Noooo. Aunque el gas nitrógeno compone más del 70% de nuestra atmósfera, no puede ser
asimilado por los seres vivos de esta forma.
Niño preguntón: A ver doc, barajéemela más despacio! Entonces aunque hay un montón de
nitrógeno en el aire, ¿así como está no nos sirve?
Fede: ¡Exacto! El nitrógeno debe ser “convertido” o fijado en moléculas que podamos asimilar
como el amonio (NH4
+). Y es aquí donde entran en acción los actores principales de nuestro
trabajo, la fijación del nitrógeno, que ocurre entre las bacterias fijadoras del nitrógeno y las plantas
leguminosas como son los garbanzos, las lentejas, los chícharos y los frijoles.
(Algunos microorganismos pasan volando por atrás cargando su nitrógeno)
Niño preguntón: ¡A todas margaritas doc! ¿Y esto...? ¿Siempre ha sido así?
Toño: ¡No! Espérate, para entender esto viajemos 4,400 millones de años atrás, ¡Bienvenidos
a…LA TIERRA PRIMITIVA! (cambio de fondo de guiñol).
Niño preguntón: ¡Ooorale Doc! ¡Es usted fascinante!… ¿apoco si muy chido?
Toño: Mmmm… mejor les platico: aquí, la atmósfera era muy diferente a la actual, no existía
oxígeno libre para respirar. Se trataba de una atmósfera reductora donde el nitrógeno atmosférico
pudo haberse “combinado”, a través de reacciones espontáneas con otras moléculas.
Fede: Y déjenme contarles que, estas fuentes de nitrógeno fijado por procesos químicos pudieron
ser limitantes para que la vida evolucionara, y lo importante de esto es que se crearon nuevos
mecanismos biológicos capaces de reducir el nitrógeno atmosférico.
Niño preguntón: ¡¡Caracoles!! ¡¡Recorcholis!! ¡¡Diantres!! No sabía que el nitrógeno fuera tan
importante para la vida en nuestro planeta.
Toño: Y aún más sorprendente es que a lo largo de la evolución, surgió un mecanismo sumamente
innovador para la fijación molecular del nitrógeno atmosférico, que ha sido, y es hoy día,
sumamente exitoso. Este proceso es conocido como “la Fijación Simbiótica de Nitrógeno”.
Niño preguntón: ¿A poco la Fijación Simbiótica de Nitrógeno es más exitosa que usted Dr.
Lazcano?
Toño: Por supuesto que sí, la Fijación Biológica de Nitrógeno, junto con la fotosíntesis, son las
rutas metabólicas más importantes para el mantenimiento de la vida en la nuestro planeta. Es una
maravilla de la evolución.
Fede: La Fijación Biológica del Nitrógeno es llevada a cabo sólo por ciertas bacterias y arqueas y,
como característica común, dependen de una enzima denominada nitrogenasa, que se encarga de
114
convertir el nitrógeno (N2) que está en el aire en amonio (NH4
+), para que sirva como fuente de
nitrógeno asimilable por los seres vivos.
Toño: Además, microorganismos como como las cianobacterias y bacterias del suelo
pertenecientes a los géneros Rhizobium y Frankia, convierten el Nitrógeno Atmosférico en otras
formas químicas asimilables por las plantas como los nitratos.
Niño preguntón: ¡Aaaay!… entonces ¿la Fijación Biológica de Nitrógeno ocurre de diferentes
formas?
Fede: Efectivamente. Por ejemplo bacterias como Rhizobium pueden realizar la Fijación Biológica
de Nitrógeno de manera independiente o estableciendo relaciones simbióticas con las plantas. Son
estas formas simbióticas con las leguminosas las que estudiamos en mi laboratorio.
Niño preguntón: ¿Es en serio Dr. Federico? ¡Que impresionante! ¿Sabe que Dr. Lazcano?, ya no
soy su fan, me gusta más esto de la Fijación Biológica de Nitrógeno.
Toño: Bueno pero el origen de la vida ¡también es muy interesante!
Niño preguntón: Está bien, seré fan de los dos. Pero oiga doc Lazcano, ¿apoco usted era muy
cuatacho de la Lynn Margulis?
Toño: Claro, era una excelente persona y además, fue mi comadre.
Fede: ¡A qué niño tan preguntón me saliste!
Niño preguntón: ¿Y será que algún día también pueda dar conferencias tan bonitas como
ustedes?…..
Para introducir la siguiente parte, se genera una nube de nitrógeno líquido o algún sonido de fondo.
El romance de una bacteria benéfica y una planta
Autores: Sánchez Lab
Personajes:
Narrador
Frijol – raíz
Rhizobium
Acto 1:
Bichos vemos, relaciones no sabemos: rhizobium conquista a frijol.
(Música Ciclo sin fin - Rey León)
Personajes:
115
Narrador
Rhizobium
Narrador:
Ahora les contaremos una fascinante historia acerca del romance entre la raíz y una bacteria
fijadora de nitrógeno. Como ya se habrán dado cuenta, en el mundo todo el tiempo los seres
vivos nos relacionamos unos con otros. Particularmente con algunos de los que recibimos
señales muy especiales que nos hacen sentir una fuerte atracción hacia ellos.
(Sale pareja caminando de la mano)
Por lo general atendemos las que suceden a nuestro alrededor, sobre la tierra, pero existen
otras que suceden en las profundidades. (Canción Bajo del mar - La sirenita)
Bueno no… en realidad no, bajo el mar suceden muchas, pero en esta ocasión yo estaba
pensando en el suelo, justo debajo de nuestros pies.
En esta ocasión, queremos contarles de una atracción muy particular. ¿Alguna vez han visto
una raíz enamorada? ¿Se imaginan cómo sería una raíz enamorada?
Pues no precisamente se enamoran, pero resulta que las raíces también pueden ser muy
atractivas. Esta es la historia de la raíz de frijol y su atracción por Rhizobium.
Un día, el gran frijol se puso muy triste ya que a su canasta de alimentos le hacía falta uno muy
importante: el nitrógeno, y esto lo ponía muy, pero muy amarillo.
Su mensajero, quien habitaba en la raíz estaba muy preocupado, sabía que había mucho
nitrógeno en la atmósfera, pero no podía dárselo de comer así al frijol porque sólo le gustaba
en forma de amonio o amoniaco. De pronto recordó que había alguien que podía ayudarle: la
bacteria rhizobium. Ya que ellas saben cómo transformar el nitrógeno atmosférico. Así que se
asomó a ver si veía alguna por ahí cerca pero había miles. Algunas amables, otras agresivas,
otras muy lentas, otras muy rápidas, unas muy guapas y otras no tanto. ¿Cómo iba a
reconocerla entre ellas? Entonces recordó que tenía la receta para producir flavonoides que
son unas señales especiales por las que Rhizobium siente una gran atracción, aunque también
lo son para algunas otras bacterias. Afortunadamente cada bacteria tiene una llave de entrada
para la raíz y sólo rhizobium abre la raíz del gran frijol con unas llaves especiales: los factores
Nod. (Frijol prueba las llaves)
Fue así, como después de un laaaargo rato, nuestra tan esperada y encantadora Rhizobium
llegó. Rhizobium no puede resistirse a los atractivo flavonoides del frijol y decide
corresponderle. Ahora que está tan enamorada ha decidido irse a vivir a la raíz del frijol.
Acto 2
Para lograrlo la pequeña Rhizobium debe usar su factor Nod para indicarle a frijol que ella es
su verdadero amor. Al ser reconocida por frijol Rhizobium puede entrar pero tiene que seguir un
largo camino llamado hilo de infección a través de los pelos radicales de la raíz. Mientras tanto,
116
frijol muy emocionado divide sus células para poder construir la casa donde Rhizobium se
alojará: el nódulo.
Rhizobium finalmente llega al nódulo en donde frijol la apapachará dándole de comer azúcares.
Como agradecimiento su pequeño amor transforma con su enzima llamada nitrogenasa el
nitrógeno en amonio, molécula que le es de gran utilidad a frijol para sintetizar algunos de los
compuestos que necesita para vivir y ser verde otra vez.
Y es así como esta relación amorosa entre una bacteria del suelo - Rhizobium - y una planta
leguminosa - el frijol - nos enseña cómo dos organismos tan diferentes que pertenecen a reinos
distintos de la naturaleza pueden asociarse para convivir y beneficiarse mutuamente.
Canción
Mi Rhizobium fijador (Ritmo: Payaso de Rodeo)
Creciendo por la tierra me encontré con él,
era un bicho medio raro pero me cayó bien,
le dije “ten mi flavonoide,
dame un fáctor nod,
¡vamos a asociarnos ya! ”
Me dijo con certeza que “no hay más emoción
como dividir-tus células, formar nódulos,
salvar la vida de un frijol pálido feo sin nitrógeno,
seré Rhizobium fijador”.
Le dije ven, ven, ven, tú, mi Rhizobium ven,
Ven inféctame y verás lo que vas a ayudar
No ves que estoy amarillito y soy muy chiquitito -----
ven, te necesito ya!
Pasaron 20 días, luego se marchó,
dejándome un mensaje que recuerdo hoy
“me dividí, te di nitrógeno-tu oxígeno y azúcares
algún día volveré”
Y fue así como solito me quedé
tristeando mucho sin mi amor aquel
por quien viví, crecí y moriré
espero volverte a ver.
117
Australian Journal of Crop Science 
Southern Cross Publishing 
LIN 
¡SERAN SN SIN 
NY 9 
Ave S 4 l A VAT Joint FAO/IAEA Centre 
| 
AA A E a 2 | P a g e  
 
 
DOI: 10.21475/ajcs.21.15.09.sp 
2 | P a g e  
 
 
 
 
Australian Journal of Crop Science 
Southern Cross Publishing 
 
Volume 15 Number 8 Year 2021 
 
CROP ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE: 
High-Temperature Stress in Drought Prone Areas   
 
 
FAO/IAEA Co-ordinated Research Project on Climate 
Proofing Crops: Genetic Improvement for Adaptation 
to High Temperature in Drought-Prone Areas and 
Beyond 
 
 
 
 
Guest Editors: Fatma Sarsu, Brian Forster and Sobhana Sivasankar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOI: 10.21475/ajcs.21.15.09.sp 
28 | P a g e  
 
 
 
 
Identification of small open reading frames (sORFs) associated with heat 
tolerance in nitrogen-fixing root nodules of Phaseolus vulgaris wild-type and 
cv BAT93 
  
Alejandra Zayas-del Moral1, Damián Martínez-Reyes2, Carmen Quinto1, Federico Sanchez† 
and Claudia Díaz-Camino1*. 
  
1Departamento de Biología Molecular de Plantas Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional 
Autónoma de México Av. Universidad 2001, CP 62210, Cuernavaca, Morelos, México 
2Centro de Ciencias Genómicas, Universidad Nacional Autónoma de México AP 565A Cuernavaca, 
Morelos, México 
 † In loving memory. 
          
*Corresponding author: claudia@ibt.unam.mx  
 
Abstract 
  
Common bean is an important legume crop and a major source of protein for low-income groups around the world. Legumes have the 
ability to engage symbiotic interactions with nitrogen-fixing soil bacteria. In this study, next-generation sequencing technology was used 
to perform transcriptome analyses of a yet unexplored group of peptides encoded by small open reading frames (sORFs; < 150 codons) 
in nitrogen-fixing symbiotic nodules of two heat-tolerant genotypes of common bean (Phaseolus vulgaris L): the cultivar BAT93 and a 
wild genotype (named P. vulgaris 7) from the south of Mexico. After heat stress, total RNA was isolated and used for transcriptome 
analysis. Sixty differentially expressed sORFs were identified between control and heat stress treatments. The expression profiles of 
these sORFs suggest that, regardless the evolutionary closeness between P. vulgaris BAT93 and P. vulgaris 7, each genotype has 
independently adapted their molecular signaling pathways to survive heat stress. The dataset developed may provide a useful resource 
for future genetic and genomic studies in these species. 
  
Keywords: Heat stress, small open reading-frames, common bean, legume-rhizobia symbiosis, biological nitrogen-fixation, next-
generation sequencing, transcriptome analysis. 
Abbreviations: sORFs - short open reading frames, SPs - small proteins. 
  
Introduction 
  
The world´s human population is expected to reach 9.1 billion 
in 2050 (Food and Agriculture Organization of the United 
Nations, http://www.fao.org/). Over-population is associated 
with increasing global consumption of resources, food security 
and climate change. Recent climate models estimate that the 
global surface temperature is likely to rise by 4.8 °C in the 
worst-case scenario (IPCC, 2014). In semi-arid and tropical 
regions, which are among the most populated and under-
developed, the increase in surface temperatures will severely 
affect crop production (IPCC, 2014). Legumes include 
important grain, pasture, and agroforestry species, and are 
second to cereal crops in agricultural importance based on area 
harvested and total production (http://www.fao.org/). Pulses 
(dry seeded legumes) are protein rich and affordable foods, and 
an important component in human sustenance, especially in 
the dietary pattern of low-income people in developing 
countries. In addition to their nutritional value, most legumes 
have symbiotic associations with nitrogen-fixing bacteria 
mainly belonging to the Rhizobiaceae family (rhizobia) 
(Dénarié et al., 1996). This remarkable biological interaction 
culminates with the formation of specialized root organs, the 
symbiotic nodules, where biological fixation of atmospheric 
nitrogen takes place. Nodulated legumes produce substantial 
amounts of organic nitrogen fertilizer and play a key role in 
sustainable agriculture in tropical and temperate climates 
(Peoples et al., 1995; Tate, 1995). Numerous studies have 
established that high temperatures (30°C to 40°C depending  
 
 
 
on species) have negative impacts on Rhizobium soil survival, 
root bacterial attraction and infection, and also nodule 
development (Lebrazi & Fikri Benbrahim, 2014; Abd-Alla et 
al., 2014). Knowledge of nodule functioning after heat stress, 
such as those experienced by legume plants in the field during 
a day is limited. 
Small proteins (SPs) have emerged as an important class of 
signaling molecules involved in nodulation (Batut et al., 2011), 
and also in growth, development, and in response to stress 
(Hanada et al., 2012; Marmiroli & Maestri, 2014). SPs are 
encoded by short open reading frames (sORFs) and 
distinguished from other ORFs by their sizes (30-150 codons 
in length). Although many sORFs play important roles as 
regulators of diverse biological processes, this gene group 
usually escapes gene annotation because they are particularly 
difficult to predict by computational biology due to their small 
size. Thus, sORFs have been studied in only a few plant species 
and their biological importance is little understood. Here a 
comparative analysis was made of the expression of sORFs of 
the root-nodule transcriptome of two P. vulgaris genotypes 
under control and stress treatments (sudden and prolonged 
heat exposure). Computational strategies were deployed to 
identify sORFs that were up-regulated in active nitrogen-fixing 
nodules under heat stress. This information may be relevant in 
selecting new bean genotypes able to harbour active nitrogen-
fixing nodules resilient to heat stress.
DOI: 10.21475/ajcs.21.15.09.sp-3  
29 | P a g e  
 
 
Results 
  
Phenotypic and molecular responses to heat stress in P. 
vulgaris heat-stress resistant genotypes 
To evaluate the ability of P. vulgaris cv. BAT93 and P. vulgaris 7 
to adapt to sudden heat stress (without any priming, known as 
basal thermo-tolerance), the plants of each genotype were 
subjected to heat stress for 6 continuous hours. After stress, 
the aerial plant parts of P. vulgaris BAT93 and P. vulgaris 7 were 
photographed (Figure 1a and 1b). P. vulgaris BAT93 wilted (Fig 
1a), and only a third of the plants subjected to heat were able 
to recover after one week in benign conditions. Recovered 
plants of BAT93 just produced one pod, in general with 1 seed 
(Table 1). In contrast P. vulgaris 7 showed no differences in 
foliar turgor nor seed production between control and stress 
treatments (Table 1). There were no differences in nodule size 
and number of nodules per root plant (Figure 1e), but the 
results show a significant and similar increase in chaperone 
transcript accumulation (Figure 1c), an indication that nodules 
of both genotypes responded to heat stress. Interestingly, the 
rate of nitrogen-fixation in nodules elicited by R. tropici 
CIAT899 in P. vulgaris BAT93 was severely reduced in heat-
shock treated plants compared to control, but this effect was 
not observed in nodules of the wild P. vulgaris 7 (Figure 1 d). 
The data indicate that the basal thermo-tolerance of P. vulgaris 
7 is higher than P. vulgaris BAT93, and that the biological 
nitrogen fixation process is not altered in P. vulgaris 7 by heat 
stress. 
  
Distribution of sORFs in P. vulgaris BAT93 and G19833 
genotypes and in other model legumes 
Some 64,692 and 31,638 ORFs from P. vulgaris genotypes 
Mesoamerican BAT93 and Andean G19833, respectively 
(Vlasova et al., 2016, Schmutz et al., 2014), 88,647 ORFs from 
Glycine max (Schmutz et al., 2010), 10,979 ORFs from Lotus 
japonicus (Sato et al., 2008) and 62,319 ORFs from Medicago 
truncatula (Young et al., 2011) were collected from Phytozome 
version 11  (www.phytozome.net; Goodstein et al., 2012) and 
from miyakogusa.jp version 3.0 for L. japonicus 
(http://www.kazusa.or.jp/lotus). The ratio of sORFs (30 to 
150 amino acids length) versus the total number of ORFs 
reported for each genome version was calculated (Figure 2 and 
Table 2). Although the annotations of total ORFs have 
changed in recent years in all the genomes of listed legumes 
(Guillén et al., 2013), the highest frequency of sORFs was 
found in the best-studied genomes of leguminous plants, i.e. 
M. truncatula and L. japonicus (0.2 and 0.3, respectively), while 
the proportion of sORFs/ORFs annotated in the P. vulgaris 
genomes fluctuates between 0.11 to 0.14, a slight difference 
that may be due to annotation systems used in these genomes. 
  
Differential expression analysis of sORFs under heat-
shock conditions in P. vulgaris 
Out of 235 differentially expressed ORFs in P. vulgaris BAT93 
under heat-stress (data not shown), 16 (6.8%) were sORFs. 
Most differentially expressed sORFs could not be assigned to 
any gene ontology (GO) category (Table 3 and 4), so these 
were analyzed by the MEME Suite (Figure S1), and also by 
BLASTP, which was found to be the most informative 
algorithm. In stressed root nodules of P. vulgaris BAT93, a 
histone and a thymidine kinase domain are present in three 
down-regulated sORFs (Figure 3 and Table 3).  Five sORFs in 
P. vulgaris BAT93 nodules under heat-stress were up-regulated, 
andwe identified known protein domains in two of them 
(Figure 3a and Table 3): a domain found in SL33 plant splicing 
factors (PHASIBEAM10F006374), and a cytocrome-c oxidase 
domain (PHASIBEAM10F012744). In P. vulgaris 7 significant 
expression changes were detected in 1,064 ORFs, and 44  
(4.1%) of them were identified as sORFs. A GO associated 
function could be annotated in 26 sORFs (Table 4), but in this 
case, neither the use of MEME (Figure S1), nor the BLASTP 
algorithm gave additional information over the putative 
biological function of some other sORFs of this group (Table 
4). In heat-stressed nodules of P. vulgaris 7, 13 sORFs were 
down-regulated (Figure 3 b and Table 4). Most protein 
domains of these sORFs are yet unknown, or belong to 
proteins with no described biological function. However, some 
protein domains found in stress-related proteins were 
identified (Phvul.008G112900.1, Phvul.008G189400.1, 
Phvul.009G027600.1.) in a growth factor 
(Phvul.003G233400.1) (Yang et al., 2001), cytochrome b5 
(Phvul.006G115900.1) and in proteins responsive to 
gibberellic acid (Phvul.008G235300.1), respectively. Up-
regulated sORFs in these root nodules included calmodulin-
like domains present in proteins involved in the signaling of 
calcium (Phvul.001G155400.1, Phvul.001G260700.1, 
Phvul.003G115800.1, Phvul.007G111200.1, 
Phvul.007G278900.1), and in phyto-hormone responsive 
proteins, such as ethylene, auxin or gibberellin 
(Phvul.007G193400.1, Phvul.007G219700.1, 
Phvul.009G015900.1, Phvul.010G019700.1).  
 
Discussion 
  
Small proteins encoded by small open reading frames (sORFs, 
30 to 150 codons) have been shown to be relevant in legume-
rhizobia interactions as well as in plant growth and 
development, and in response to stress (Batut et al., 2011; 
Hanada et al., 2012; Marmiroli & Maestri, 2014). sORFs 
identification can be predicted by bioinformatics approaches, 
such as web-based tools [sORFfinder (Hanada et al., 2010), 
HAltORF (Vanderperre et al., 2012), or uPEPperoni 
(Skarshewski et al., 2014)] by homology with other related-
species, or by sequence analysis and clustering. Several 
molecular techniques are used to confirm sORFs gene 
expression, among these next-generation-sequencing 
technologies are reliable, e.g. RNA-seq. In this work, RNA-seq 
technology was used to gather relevant data on changes in gene 
expression of small proteins encoded by sORFs in root 
nodules of two P. vulgaris genotypes elicited by R. tropici 
CIAT899, a bacterium resistant to heat (Martínez-Romero et 
al. 1991), under prolonged heat stress conditions. 
P. vulgaris BAT93, a representative cultivar of the 
Mesoamerican common bean gene pool, was bred for high 
productivity in tropical conditions at the Centro Internacional 
de Agricultura Tropical (CIAT), Colombia (Voysest, 1983, 
2000).  This breeding line has been well-studied, and its 
genome has been recently sequenced (Vlasova et al., 2016). 
Taken in consideration all these advantages, P. vulgaris BAT93 
was chosen as the reference genotype to compare with P. 
vulgaris 7, which is a wild-type genotype collected from the 
south of México. Plant responses to heat stress in both 
common bean genotypes were confirmed by the strong 
induction of heat-shock proteins (HSps) (Figure 1 c) (Wang et 
al., 2004, Aparicio et al., 2005, Larkindale et al., 2005; Kim et 
al., 2011). Interestingly, although the induction of HSPs was 
similar in both common bean genotypes (Figure 1c), 
deleterious phenotypic effects at the whole plant level were 
observed only in P. vulgaris BAT93 (Figure 1a compared to 1b 
and Table 1).
30 | P a g e  
 
 
  
 
Table 1. Phenotypic responses to heat stress in Phaseolus vulgaris cv. BAT93 and in P. vulgaris 7 genotypes. 
 
 
 
Fig 1. Heat-stress response in P. vulgaris cv. BAT93 and P. vulgaris 7 genotypes. (a) Foliar turgor changes observed in P. vulgaris BAT93 
(a) and in P. vulgaris 7 plants after the heat-shock treatment (37oC/6 h). Insets in (a) and (b) show seeds of the corresponding bean 
genotypes. Bar size, 1 cm. (c) Expression ratio of HSP101, HSP17.8 and HSP70 chaperones in root nodules of P. vulgaris BAT93 (in 
black) and P. vulgaris 7 (in grey), either in control conditions (CTRL) or subjected to heat stress (HS). The fold change in expression was 
obtained by DESeq of each heat-stress molecular marker from root nodules of control plants versus its expression in root nodules of 
heat-stressed plants. Values in both graphs represent the Log2 fold change of three biological replicates. (d) Effects of the thermal shock 
on the nitrogenase activity of P. vulgaris BAT93 or P. vulgaris 7 root nodules, either in control conditions or after the heat-shock treatment. 
** P < 0.01, n=15. (e) Average nodule number of each genotype at 20 dpi. n=15 
 
Table 2. Comparison of total number of open reading frames (ORFs) and small open reading frames (sORFs) in Phaseolus vulgaris cv. 
BAT93 and G19833, Glycine max, Lotus japonicus and Medicago truncatula.  
Phaseolus vulgaris BAT93 Phaseolus vulgaris G19833 Glycine max Lotus japonicus Medicago truncatula 
ORFs 64692 31638 88647 10979 62319 
sORFs 7414 4560 14979 2195 18688 
sORFs/ORFs ratio 0.11 0.14 0.16 0.19 0.29 
 
 GENOTYPE 
FEATURES P. vulgaris BAT93 P. vulgaris 7 
 CTRL HS CTRL HS 
Survival after heat stress (6h 37ºC, 3 plants 
per replicate, 3 technical replicates) 
NA 1/3 NA 3/3 
Average Pods per plant  3 0.33 >3 >3 
Average Seeds per pod 5 1 4 4 
Average seed weight (g) 0.186 g 0.168 g 0.046 g 0.058 g 
Average nodule number per plant         84.48            44.71 
Average nodule dry weight per plant (g)          0.02            0.0055 
31 | P a g e  
 
 
 
 
Fig 2. Proportion of sORFs detected in legume plant genomes. P. vulgaris G19833, G. max, L. japonicus and M. truncatula protein sizes in 
Phytozome version 1.11, and P. vulgaris BAT93 in The Novo Genome Assembly and Annotation Team. Arrow represents timeline evolution 
of these plant legumes based on archaeological and molecular data (Choi et al., 2004). Intersections indicate the time of divergence 
between clades. MYA, million years ago. 
 
Table 3. List of differentially expressed sORFs in P. vugaris cv. BAT93 after heat-stress. 
ID Size Associa
ted 
protein 
MOTIF 
MEME 
BLASTP 
(Superfamilies) 
Sequences producing 
significant alignments 
Associated 
processes 
PHASIBEAM10B038118 
(T1) 
103 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domains 
Spidroin-1-like 
[Glycine max] 
 
PHASIBEAM10B045106 
(T1) 
103 N/A N/A H4 superfamily Histone H3.2 [Cajanus 
cajan] 
 
PHASIBEAM10F001830 
(T1) 
103 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domain 
Glutamine dumper 5-
like [Cicer arietinum] 
transmembrane 
protein [Medicago 
truncatula] 
 
PHASIBEAM10F002901 
(T1) 
116 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
PHASIBEAM10F003368 
(T1) 
123 N/A N/A AAI_LTSS 
superfamily 
Lipid transfer protein 
DIR1 [Vigna angularis, 
Medicago truncatula] 
 
PHASIBEAM10F004274 
(T1) 
140 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domain 
Lysine-rich 
arabinogalactan 
protein 19-like [Vigna 
angularis] 
transmembrane 
protein, putative 
[Medicago truncatula] 
 
PHASIBEAM10F006225 
(T1) 
145 N/A N/A HMG-box 
superfamily 
High mobility group B 
protein 7-like [Glycine 
soja] PREDICTED 
[Vigna radiata]/ 
HMGB-UBF_HMG-
box, class II and III 
members of the 
HMG-box 
superfamily of DNA-
binding proteins 
 
PHASIBEAM10F006374 
(T1) 
81 N/A N/A RRM_SF 
superfamily 
Serine/arginine-rich 
SC35-like splicing 
factor SCL33 isoform 
X1 [Vigna radiata] 
Hormonal control (Cruz 
et al., 2014, Suzuki et al., 
2016) 
PHASIBEAM10F007017 
(T1) 
137 Histone 
H2B.6 
N/A H2B superfamily probable histone 
H2B.3 [Vigna radiata] 
DNA package (Iliakis et 
al., 2008; Kim et al. 2015; 
Kantidze et al., 2016) 
31 | P a g e  
 
 
PHASIBEAM10F008866 
(T3) 
130 Thymid
ine 
kinase a 
N/A TK superfamily Thymidine kinase-like 
[Vigna radiata] 
Nucleotide synthesis 
(Wang & Liu, 2006; 
Garton et al., 2007); 
nucleotide salvage 
pathway (Moffat et al. 
2002) 
PHASIBEAM10F011464 
(T1) 
130 Histone 
H3.2 
N/A H4 superfamily Histone H3.2 [Cajanus 
cajan] histone H3 
[Triticum aestivus] 
core histone 
H2A/H2B/H3/H4 
DNA package (Iliakis et 
al., 2008; Kim et al. 2015, 
Kantidze et al., 2016) 
PHASIBEAM10F012744 
(T1)(T2) 
75(T1) 
67(T2) 
N/A Motif B COX7a_Cyt_c_O
xidase_VIIa 
superfamily 
Cytochrome-c 
oxidases, electron 
carriers [Theobroma 
cacao] 
Stress response (Gong et 
al. 1998, Huang et al. 
2016)) 
PHASIBEAM10F019557 
(T1)(T2) 
88(T1) 
93(T2) 
N/A Motif 
C/A 
SANT_Superfamil
y/ Myb_DNA-
Binding 
PREDICTED: 
protein RADIALIS-
like 3 [Vigna radiata] 
MYB transcription 
factor MYB142 
[Glycine max] 
 
PHASIBEAM10F022486 
(T1) 
74 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domain 
Transmembrane 
protein, putative 
[Medicago truncatula] 
 
PHASIBEAM10F025436 
(T1) 
72 N/A N/A No Putative 
Conserved 
Domain 
Hypotetical protein 
LR48_Vigan08g16740
0 [Vigna angularis] 
 
PHASIBEAM10F026060 
(T1) 
144 N/A N/A Alpha-crystallin-
HSPs_p23-like 
superfamily/IbpA 
PREDICTED: 15.7 
kDa heat shock 
protein, peroxisomal 
[Vigna 
angularis][Vigna 
radiata] 
(Vierling et al. 1997) 
 
 
Fig 3. sORFs differentially expressed in (a) P. vulgaris BAT93 and (b) P. vulgaris 7. Gene expression values between control or heat-
stressed 20 dpi nodules are expressed as the Log2 of the fold change. Accession numbers are indicated on the X axis. 
2
31 | P a g e  
 
 
Table 4. List of differentially expressed sORFs in P. vugaris 7 after heat-stress. 
ID Size GO MOTIF 
MEME 
BLASTP (Superfamilies) Sequences producing 
significant alignments 
Associated 
process 
Phvul.010G019700.1 112 Uncharacterised 
protein family SERF 
N/A 4F5 Gibberellin regulated 
protein [Cynara 
cardunculus var. 
Scolymus] 
Hormonal 
control 
Phvul.010G142400.1 114 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.010G043000.1 97 Domain of unknown 
function (DUF581) 
N/A zf-FLZ superfamily uncharacterized genes  
Phvul.003G124400.1 74 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.003G233400.1 75 phytosulfokine 4 
precursor 
N/A PSK superfamily phytosulfokines-like 
[Glycine max] 
Growth 
Phvul.003G115800.1 121 Ca2+-binding protein 
1 
Motif F/A Efh superfamily (EF-
hand7) 
hypersensitivye 
reaction associated 
Ca2+-binding protein 
[Phaseolus vulgaris] 
calmodulin-like 
[Vigna angularis] 
Calcium 
signaling (Liu 
et al., 2003; 
Al-Quaraan 
et al., 2010) 
Phvul.009G200800.1 141 N/A N/A G_glu_transpept 
superfamily 
transmembrane 
protein, putative 
[Medicago truncatula] 
 
Phvul.009G158400.1 58 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
aldo/keto reductase 
[Desulfitobacterium 
metallireducens] 
 
Phvul.009G015900.1 101 SAUR-like auxin-
responsive protein 
family 
N/A Auxin_inducible 
superfamily 
auxin-induced protein 
ARG7 [Cajanus cajan] 
Predicted: auxin-
induced protein 15A 
[Vigna angularis] 
Hormonal 
control 
Phvul.009G142200.1 115 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.009G027600.1 150 Heavy metal 
transport/detoxificatio
n superfamily protein 
N/A HMA_superfamily Predicted: heavy 
metal-associated 
isoprenylated plant 
protein 22 [Vigna 
angularis] 
Stress 
response 
Phvul.011G012600.1 86 Domain of unknown 
function, DUF642 
N/A PLN03089/hypotetical uncharacterized genes  
Phvul.008G196700.1 44 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.008G121000.1 101 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.008G235300.1 97 Gibberellin-regulated 
family protein 
N/A GASA superfamily gibberellic acid -
stimulated protein 1 
[Glycine soja] 
Hormonal 
control 
Phvul.008G112900.1 101 Bifunctional 
inhibitor/lipid-transfer 
protein/seed storage 
2S albumin superfamily 
protein 
N/A AAI_LTSS superfamily predicted: putative 
ipid-transfer protein 
DIR1 [Vigna 
angularis] 
Stress 
response 
 
Phvul.008G189400.1 134 Heavy metal 
transport/detoxificatio
n superfamily protein 
N/A HMA_superfamily Predicted: copper 
transport protein 
ATX1-like [Glycine 
max] 
Stress 
response 
Phvul.008G012000.1 137 Calcium-binding EF-
hand family protein 
N/A EFh superfamily/EF-
hand7 
calcium-binding EF-
hand protein 
[Medicago truncatula] 
 
Phvul.008G237000.1 144 HSP20-like chaperones 
superfamily protein 
N/A alpha-crystallin-
HSPs_p23-like superfamily 
Predicted: 15.7 kDa 
heat shock protein, 
peroxisomal [Vigna 
angularis] 
 
Phvul.004G148400.1 71 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
3
31 | P a g e  
 
 
Phvul.007G220400.1 54 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.007G205900.1 62 Low temperature and 
salt responsive protein 
family 
N/A No Putative Conserved 
Domain 
Predicted: 
hydrophobic protein 
RCI2B [Vigna 
adiata]/Stress-
induced hydrophobic 
peptide [Theobroma 
cacao] 
 
Phvul.007G111200.1 118 calmodulin-like 11 Motif D/F EFh superfamily/EF-
hand7 
Predicted: 
calmodulin-like 
protein 11 [Vigna 
radiata] 
Calcium 
signaling 
(Liu et al., 
2003; Al-
Quaraan et 
al., 2010) 
Phvul.007G193400.1 147 Integrase-type DNA-
binding superfamily 
protein 
N/A AP2 superfamily Ethylene-responsive 
transcription factor 
ERF098 [Glycine 
soja] 
Hormonal 
control 
Phvul.007G167000.1 131 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.007G278900.1 150 calmodulin-like 11 Motif 
D/F/G 
EFh superfamily Predicted: 
calmodulin-like 
protein 8 [Vigna 
radiata var. radiata] 
Calcium 
signaling 
(Liu et al., 
2003; Al-
Quaraan et 
al., 2010) 
Phvul.007G219700.1 96 SAUR-like auxin-
responsive protein 
family 
N/A Auxin_inducible 
superfamily 
Predicted: auxin-
induced protein X15-
like [Glycine max] 
 
Phvul.001G037600.1 119 Domain of unknown 
function (DUF3511) 
N/A DUF3511 superfamily uncharacterized genes  
Phvul.001G138800.1 67 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.001G167300.1 127 RmlC-like cupins 
superfamily protein 
N/A Cupin_3/Cupin_like 
superfamily 
RmlC-like cupins 
superfamily protein 
 
Phvul.001G155400.1 148 calmodulin-like 11 Motif 
D/F/G 
EFh superfamily Predicted: 
calmodulin-3-like 
[Vigna radiata var. 
radiata] 
Calcium 
signaling 
(Liu et al., 
2003; Al-
Quaraan et 
al., 2010) 
Phvul.001G249500.1 67 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.001G260700.1 84 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized 
genes/ F-box 
domain, cyclin-like 
protein [Cynara 
cardunculus var. 
scolymus] 
Cell 
proliferation 
Phvul.006G173000.1 93 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.006G165800.1 127 jasmonate-zim-domain 
protein 8 
N/A tify_superfamily / CCT_2 
superfamily 
Predicted: protein 
TIFY 5A-like [Vigna 
radiata var. radiata] 
 
Phvul.006G043100.1 94 N/A N/A No Putative Conserved 
Domain 
uncharacterized genes  
Phvul.006G115900.1 143 cytochrome B5 
isoform E 
N/A Cyt-b5 superfamily cytochrome b5-like 
[Vigna angularis] 
 
       
Phvul.002G062300.1 56 N/A N/A DUF4534 superfamily uncharacterized genes  
Phvul.002G235100.1 73 N/A N/A DUF761 superfamily uncharacterized genes  
Phvul.002G036100.1 113 cytochrome c-2 N/A Cytochrom_C superfamily Cytochrome c 
[Cajanus 
cajan][Medicago 
truncatula] 
 
4
31 | P a g e  
 
 
Phvul.002G159400.1 99 SPIRAL1-like2 Motif E No Putative Conserved 
Domain 
Predicted: protein 
SPIRAL-like 5 [Vigna 
angularis] 
 
Phvul.002G159400.2 99 SPIRAL1-like2 Motif E No Putative Conserved 
Domain 
Predicted: protein 
SPIRAL-like 5 [Vigna 
angularis] 
 
 
 
The observed differences were accompanied by lower 
nitrogen-fixation levels (Figure 1d), supporting the hypothesis 
that reduced metabolic activity caused by heat stress reduces 
nitrogen fixation rates. Interestingly, compared to P. vulgaris 
BAT93, the average nodule number per root in plants of P. 
vulgaris 7 was considerably lower (Figure 1e), although the level 
of nitrogen-fixation was higher (Figure 1d). This finding 
suggest that, compared to P. vulgaris BAT93, P. vulgaris 7 root 
nodules are not only more resistant to heat stress but more 
efficient in fixing nitrogen. 
To reveal the presence and quantity of any RNA in a biological 
sample by RNA-seq, statistical estimation of data is required. 
Three statistical methods were used to validate changes in gene 
expression, and only sORFs with a significant differential 
expression were considered. Compared to unstressed 
symbiotic nodules (control), 15 sORFs were differentially 
expressed in P. vulgaris BAT93 root nodules, whereas 44 sORFs 
were identified in P. vulgaris 7. Contrary to P. vulgaris 7, in P. 
vulgaris BAT93 most sORFs were down-regulated, with only a 
few being up-regulated (Figure 3 and Table 3). RNA-seq data 
on heat stressed nodules from both common bean genotypes 
suggest the involvement of phytohormones and antioxidant 
systems in the signaling for thermo-tolerance acquisition 
(Suzuki et al., 2016). However, the most remarkable difference 
at the molecular level observed among heat-stressed nodules 
of these genotypes was the notable abundance of sORFs 
transcripts related to calcium signaling in P. vulgaris 7 (Table 4). 
This finding suggests that, regardless of the evolutionary 
closeness of the domesticated P. vulgaris BAT93 and the wild 
P. vulgaris 7, each genotype has independently adapted their 
molecular responses to preserve the biological nitrogen 
fixation process under heat stress (Figure 3, and Tables 3 and 
4). This ability becomes highly relevant in nitrogen deprived 
soils, such as those of tropical and temperate regions. In this 
sense, P. vulgaris 7 as well as other P. vulgaris wild relatives of 
Mexico are important reservoirs of genetic variation that could 
be sourced for crop improvement.  
To our knowledge, this is the first report of a set of sORFs 
being associated with heat stress. Taking into consideration the 
highest resistance to heat stress shown by P. vulgaris 7  
 
(Figure 1), induced sORFs under heat should be subject of 
further functional genomics studies. Although these studies are 
necessary to prove the biological function of each of these 
sORFs, the described procedure opens new possibilities to 
detect potentially relevant genes involved in heat stress 
response.  
 
Materials and Methods 
  
Plant growth and heat-stress treatments 
Dry, mature seeds of Phaseolus vulgaris cv. BAT93 and a Phaseolus 
vulgaris wild heat-tolerant genotype (named P. vulgaris 7) were 
surface sterilized as previously described (Estrada-Navarrete et 
al., 2007). Sterilized seeds were transferred to sterile trays 
containing wet paper towels. Trays were covered with foil and 
incubated at 28°C for 2 days (Estrada-Navarrete et al., 2007). 
Two-day-old common bean sprouts were inoculated with 
Rhizobium tropici CIAT899 (Martínez-Romero et al., 1991) and 
grown at 28ºC/18ºC day/night temperature, 65% relative 
humidity, 180-300 µ-1mol photon m-2s-1 and 14 h 
photoperiod for 20 days in a growth chamber. Common bean 
plants were watered every third day with N-free sterile B&D 
nutrient solution (Broughton & Dilworth 1971). After this 
period, plants were subjected to a sudden heat-stress (37ºC), 
sustained for 6 h. Twenty days post-inoculation (dpi), root-
nodules from 5 plants of each genotype were harvested, frozen 
in liquid nitrogen, and stored at -80 ºC. 
Nitrogenase activity was evaluated from 20 dpi inoculated 
roots (following methods of Ramírez et al., 1999; Verdoy et al., 
2004) under control and heat stress conditions in both bean 
genotypes. Nodulated roots were incubated in acetylene gas for 
1 h and ethylene production was determined by gas 
chromatography (Varian model 3300). Specific activity was 
expressed as µmol-1C2H2h-1g-1 nodule dry weight. 
  
Bacterial strain and culture 
The Rhizobium tropici CIAT899 strain was selected as it has 
known resistance to heat (37ºC; Martínez-Romero et al., 1991). 
Two-day-old bean sprouts were inoculated with R. tropici 
CIAT899 according to Ramírez et al. (2005) with some minor 
modifications. Briefly, R. tropici CIAT899 was grown in 
peptone yeast liquid medium [0.5% bactopeptone (w/v), 0.3% 
yeast extract (w/v), 7 mM CaCl2·2H2O] supplemented with 20 
g/mL nalidixic acid at 30 ºC to a cell density of 5 to 8 × 108 
mL-1. 1 mL was applied to the root. 
  
 RNA extraction, cDNA libraries preparation and 
sequencing using Illumina Hiseq2000 
Twenty dpi symbiotic nodules were isolated, frozen in liquid 
nitrogen and ground to a fine powder with a mortar and pestle. 
The sample was immediately processed for total RNA isolation 
using the extraction kit ZR Plant RNA MiniPrep (Zymo 
Research, USA) according to manufacturer’s instructions. 
Total RNA in each sample was more than 5 µg. RNA integrity 
was confirmed using a 2100 Bioanalyzer (Agilent 
Technologies, Inc.) with a minimum RNA integrity number 
(RIN) value of 7.0. cDNA library templates from 3 biological 
replicates of each genotype, and from both control and heat-
stress conditions (24 cDNA libraries in total), were prepared 
using a Truseq™ RNA Sample Prep Kit (Illumina) according 
to the manufacturer’s recommendations at the University Unit 
for Massive Sequencing (UUSM) from the Universidad 
Nacional Autónoma de México (UNAM). These libraries were 
sent to Macrogen Inc. (Korea; www.macrogen.com) for 
sequencing by Illumina Hiseq2000 
(http://www.illumina.com). 
  
Strategy for large-scale discovery of putative sORFs in P. 
vulgaris BAT93 and G19833 genotypes 
sORFs (30 to 150 aa in length) of P. vulgaris BAT93 were 
gathered from CoGe and The Novo Genome Assembly and 
Annotation Team (CoGe database 
[https://genomevolution.org/CoGe/] and 
[http://denovo.cnag.cat/genomes/bean/], genome ID 20365) 
while the sORFs from P. vulgaris G19833 were collected from 
Phytozome (Phytozome version 11 database 
[www.phytozome.net]; P. vulgaris v1.0), respectively. In both 
cases, all sORFs with no initial methionine were discarded to 
avoid truncated transcripts.
4 5
36 | P a g e  
 
 
Gene expression and motif-based analysis of P. vulgaris 
sORFs 
In order to estimate transcript abundance for each 
experimental condition tested, raw sequence data from 
Illumina Hiseq2000 were analyzed using FASTQC software 
(www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/). The short 
sequence reads obtained (of around 100 bp in length) were 
aligned to the reference genome; P. vulgaris BAT93 (CoGe 
database [https://genomevolution.org/CoGe/], genome ID 
20365) or P. vulgaris G19833 (P. vulgaris v1.0; Phytozome 
version 11 database [www.phytozome.net]) to uncover their 
identity. The SMALT software 
(http://www.sanger.ac.uk/science/tools/smalt-0) was used to 
this purpose. Finally, differential expression was estimated with 
DESeq, an R/Bioconductor package performing a pairwise 
differential expression analysis (Anders & Huber, 2010, 
Bioconductor V3.3, R V 3.3,  
http://bioconductor.org/packages/2.11/bioc/, Robinson 
2010). Only P. vulgaris sORFs validated by this method with a 
2-fold change and a P-value < 0.05 between control and the 
heat stress condition of each common bean genotype were 
considered for study. Selected P. vulgaris sORFs were classified 
according the GO annotation 
(http://www.agbase.msstate.edu/cgi-bin/tools/GOanna.cgi, 
McCarthy et al., 2006), and further analyzed by the MEME 
Suite (http://meme-suite.org/tools/meme, Bailey et al., 2009), 
and by the BLASTP algorithm 
(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi, Altschul et al., 1990). 
 
Acknowledgments 
 
We acknowledge Alfonso Leija (CCG, UNAM) for technical 
support with the acetylene reduction analysis. We are very 
grateful to Jorge Acosta, INIFAP - CE Bajío and Alfonso 
Delgado, Instituto de Biología, UNAM for supplying Phaseolus 
vulgaris seeds. We are thankful to the University Unit for 
Massive Sequencing (UUSM) from the National University of 
Mexico (UNAM) for Illumina sample sequencing and data 
analyisis. 
This work was funded by FAO/IAEA CRP 23029 Research 
Contract 16601, PAPIIT IN206415 and IN206815 from 
Universidad Nacional Autónoma de México and CONACYT 
No. 177744 and 177207. Eunice Alejandra Zayas-Del Moral is 
a doctoral student from Programa de Doctorado en Ciencias 
Biomédicas (UNAM) and received fellowship No. 317533 
from CONACYT. 
 
References 
 
Abd-Alla MH, Issa AA, Ohyama T (2014) Impact of harsh 
environmental conditions on nodule formation and 
dinitrogen fixation of legumes. Advances in biology and 
ecology of nitrogen fixation. ISBN 978-953-51-1216-7, 
P.978-953. 
Al-Quraan NA, Locy RD, Singh NK (2010) Expression of 
calmodulin genes in wild type and calmodulin mutants of 
Arabidopsis thaliana under heat stress. Plant Physiol Biochem. 
48 (8): 697-702. 
Altschul, SF, Gish W, Miller W, Myers EW, and Lipman DJ 
(1990) Basic local alignment search tool. J Mol Biol. 215: 403-
410. 
Anders S, and Huber W (2010) Differential expression analysis 
for sequence count data. Genome Biol. 11: R106. 
Aparicio F, Thomas CL, Lederer C, Niu Y, Wang D, and Maule 
AJ (2005) Virus induction of Heat Shock Protein 70 reflects 
a general response to protein accumulation in the plant 
cytosol. Plant Physiol. 138: 529-536. 
Bailey TL, Boden M, Buske FA, Frith M, Grant CE, Clementi 
L, Ren J, Li WW, and Noble WS (2009) MEME SUITE: 
tools for motif discovery and searching. Nucleic Acids Res. 
37 (Web Server Issue): W202-W208. 
Batut J, Mergaert P, and Masson-Boivin C (2011) Peptide 
signalling in the rhizobium-legume symbiosis. Curr Opin 
Microbiol. 14(2): 181-187. 
Broughton WJ, and Dilworth MJ (1971) Control of 
leghaemoglobin synthesis in snake beans. Biochem J. 125: 
1075-1080. 
Denarié J, Debellé F, and Promé JC. (1996) Rhizobium 
lipochitooligosaccharide nodulation factors: signaling 
molecules mediating recognition and morphogenesis. Annu 
Rev Biochem. 65: 503-35. 
Estrada-Navarrete G, Alvarado-Affantranger X, Olivares JE, 
Guillén G, Díaz-Camino C, Campos F, Quinto C, Gresshoff 
PM, and Sanchez F (2007) Fast, efficient and reproducible 
genetic transformation of Phaseolus spp. by Agrobacterium 
rhizogenes. Nature Prot. 2: 1819-1824. 
Garton S, Knight H, Warren GJ, Knight MR, and Thorlby GJ 
(2007) Crinkled leaves 8-a mutation in the large subunit of 
ribonucleotide reductase–leads to defects in leaf 
development and chloroplast division in Arabidopsis 
thaliana. Plant Journal 50: 118–127. 
Goodstein, D.M., Shu, S., Howson, R., Neupane, R., Hayes, 
R.D., Fazo, J., Mitros, T., Dirks, W., Hellsten, U., Putnam, 
N., et al. (2012) Phytozome: a comparative platform for 
green plant genomics. Nucleic Acids Res. 40: D1178-D1186. 
Guillén, G., Díaz-Camino, C., Loyola-Torres, C.A., Aparicio-
Fabre, R., Hernández-López, A., Díaz-Sánchez, M., and 
Sanchez, F. (2013) Detailed analysis of putative genes 
encoding small proteins in legume genomes. Front. Plant Sci. 
4: 208. 
Hanada, K., Akiyama, K., Sakurai, T., Toyoda, T., Shinozaki, 
K., and Shiu, S.H. (2010) sORF finder: a program package 
to identify small open reading frames with high coding 
potential. Bioinformatics. 26(3): 399-400. 
Hanada, K., Higuchi-Takeuchi, M., Okamoto, M., Yoshizumi, 
T., Shimizu, M., Nakaminami, K., Ohashi, C., Ilda, K., 
Tanaka, M., Horii, Y., et al. (2012) Small open reading frames 
associated with morphogenesis are hidden in plant genomes. 
Proc Acad Nat Sci. 110(6): 2395-2400. 
Huang YC, Niu CY, Yang CR, Jinn TL (2016) The heat-stress 
factor HSFA6b connects ABA signaling and ABA-mediated 
heat responses. Plant Physiology Preview. 172(2):1182-1199 
Iliakis G, Wu W, and Wang M (2008) DNA double strand 
break repair inhibition as a cause of heat radiosensitization: 
re-evaluation considering backup pathways of NHEJ. Int J 
Hyperthermia. 24 (1): 17-29. 
IPCC (2014) Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and 
Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. 
Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment 
Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 
[Field CB, Barros VR, Dokken DJ, Mach KJ, Mastrandrea 
MD, Bilir TE, Chatterjee M, Ebi KL, Estrada YO, Genova 
RC, Girma B, Kissel ES, Levy AN, MacCracken S, 
Mastrandrea PR, and White LL (Eds.)]. Cambridge 
University Press, Cambridge, United Kingdom and New 
York, NY, USA, p. 1132. 
Kantidze OL, Velichko AK, Luzhin AV, and Razin SV (2016) 
Heat stress-induced DNA damage. Acta Naturae. 8(2):75-78. 
Kim DH, Xu ZY, Na YJ, Yoo YJ, Lee J, Sohn EJ, and Hwang 
I (2011) Small heat shock protein HSP17.8 functions as an 
AKR2A cofactor in the targeting of chloroplast outer 
membrane proteins in Arabidopsis. Plant Physiol. 157(1): 
132-146. 
Kim JM, Sasaki T, Ueda M, Sako K, and Seki M (2015) 
Chromatin changes in response to drought, salinity, heat, and 
cold stresses in plants. Front Plant Sci. 6: 114.
UN MUNDO DE 
NOS 
Instituto de Biotecnología 
UNAM  


Un mundo de bacterias
Un mundo de bacterias
D.R. © 2014 Los autores.
D.R. Para esta edición © 2014 Universidad Nacional Autónoma de México
Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán, 04510, México, D.F.
Primera edición 2014
ISBN: 978-607-02-5179-5
Este libro es el resultado de un proyecto realizado en el Taller de Redacción de la UNAM, Campus Morelos, conducido 
por Francisco Rebolledo, con el apoyo de la Unidad de Difusión y Extensión de la Coordinación de Servicios Adminis-
trativos del Campus Morelos.
La impresión  del libro se realizó con el apoyo de la Asociación Más Ciencia por México, A.C.
Compilación, corrección de estilo y cuidado de la obra: Francisco Rebolledo, Yoloxóchitl Sánchez y Alejandra Zayas.
Diseño y tipografía: Efraím Blanco
UNAM Campus Morelos
Av. Universidad 2001, Col. Chamilpa, C.P. 62210, Cuernavaca, Morelos
http://www.morelos.unam.mx
Todos los derechos reservados, incluida la reproducción en cualquier forma.
All rights reserved, including the right to reproduce this book, or portions thereof, in any form.
Impreso y hecho en México
Printed and made in Mexico
Un mundo de bacterias
Universidad Nacional Autónoma de México Campus Morelos
DIRECTORIO
Dr. José Narro Robles
Rector
Dr. Eduardo Bárzana García
Secretario General
Dr. Carlos Arámburo de la Hoz
Coordinador de la Investigación Científica
Lic. Luis Raúl González Pérez
Abogado General
Consejo de Dirección UNAM Campus Morelos
Presidente
Dr. Iván Ortega Blake Director del Instituto de Ciencias Físicas
Consejeros
Dr. Octavio Tonatiuh Ramírez Reivich Director del Instituto de Biotecnología
Dra. Margarita Velázquez Gutiérrez Directora del Centro Regional de Investigaciones Multidisciplinarias
Dr. Antonio del Río Portilla Director del Instituto de Energías Renovables
Dr. David Romero Camarena Director del Centro de Ciencias Genómicas
Dr. David Romero Vargas Jefe de la Unidad Cuernavaca del Instituto de Matemáticas 
Secretario Técnico
Dr. Jesús Arnoldo Bautista Corral Coordinador de Servicios Administrativos del Campus Morelos
Presentación
Este libro es fruto del trabajo de más de 20 investigadores y estudiantes del 
Instituto de Biotecnología, el Centro de Ciencias Genómicas del Campus 
Morelos de la UNAM, del Centro en Investigación en Biotecnología y de la 
Facultad de Biología de la UAEM. En nuestras comunidades estamos con-
vencidos de que los avances de la ciencia deben llevarse a la sociedad, no 
sólo en forma de técnicas, máquinas o productos, sino también como tarea 
informativa y cultural, de tal suerte que podamos también contribuir a la 
construcción de una sociedad culta desde el punto de vista científico. Es por 
esta razón que el Instituto de Biotecnología apoya con entusiasmo la edición 
de este ejercicio de divulgación científica.
 Se presenta en este volumen, de manera clara y sencilla, una miríada 
de tópicos referentes al fascinante mundo de las bacterias, que van desde su 
descripción biológica hasta las insospechadas aplicaciones en la medicina, la 
industria de los alimentos y la de los plásticos que se han logrado a partir de 
estos diminutos seres. 
 Sin duda, el lector se sorprenderá cuando descubra que estos micro-
bios, maravillosamente adaptados, que viven lo mismo en nuestro propio 
cuerpo que en la regiones más alejadas y hostiles del planeta, han estado 
aquí desde hace tres mil millones de años y que seguramente serán los últi-
mos en desaparecer del planeta.
Octavio Tonatiuh Ramírez-Reivich  
Director 
Instituto de Biotecnología, UNAM 

Nota del compilador
Amable lector:
Este año se cumplirán siete desde que me invitaron a impartir un taller de 
redacción en el Campus Morelos de la UNAM. A lo largo de este lapso, 
han pasado por el taller un buen número de estudiantes e investigadores de 
prácticamente todas las instituciones que integran el Campus, así como de 
la Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Puedo afirmar con satis-
facción que este trabajo ha rendido sabrosos frutos, pues han surgido de él, 
amén de una infinidad de textos de narrativa y divulgación, tres magníficos 
libros: Una ventana al quehacer científico. 25 años del Instituto de Biotec-
nología de la UNAM (2008); Ciencia y ficción (2009), y Energías Renovables. 
25 años de la UNAM en Temixco (2010).
 Ahora tienes en las manos un cuarto fruto, que nació de las in-
quietudes y cuestionamientos que nos provocaron a varios integrantes del 
taller el misterioso y fascinante mundo de las bacterias. El entusiasmo y 
la entrega de dos asiduas asistentes al taller, Alejandra Zayas y Yoloxóchitl 
Sánchez, logró que estas inquietudes y cuestionamientos fueran cabalmente 
respondidos, pues además de sus propios escritos, lograron involucrar a 
más de 20 investigadores y estudiantes del Campus que aportaron intere-
santísimos artículos sobre el tema.   
      Disfrutas pues, de este mundo microscópico que, literalmente, se en-
cuentra en todos los rincones de nuestro planeta, incluido nuestro propio 
organismo.
Francisco Rebolledo
Invierno 2013-2014
10
Contenido
¿Qué son las bacterias?
13. Huellas / Eunice Alejandra Zayas Del Moral
14. El mundo de las bacterias / Eunice Alejandra Zayas Del Moral
16. Las bacterias: unos diminutos y complejos seres primitivos /
Lucía Perezgasga Ciscomani y Rodrigo Fernández Mas
19. Y sin embargo... ¿se mueven? / Yoloxóchitl Sánchez Guevara
21. Lo pequeño es lo grande, o cómo las bacterias conquistaron el mundo 
y lo hicieron habitable para nosotros / Ana Gutiérrez-Preciado, Gabriela 
Olmedo Alvarez y Valeria Souza Saldivar
27. Si de transferir se trata... / Yoloxóchitl Sánchez Guevara
Usos y costumbres de las bacterias
31. Dulces de Tierra / Rocío Mejía Ornelas
33. Las súperbacterias / Agustín López-Munguía
37. ¿A qué huele la tierra mojada? / Eunice Alejandra Zayas Del Moral
38. Y la protagonista de este film es... ¿una bacteria? / Eunice Alejandra 
Zayas Del Moral
40. Bacterias constructoras / Eunice Alejandra Zayas Del Moral
42. Las Bacterias y la Atmósfera / Ximena Bonilla 
De bacterias y plantas
47. Las bacterias del suelo y su enorme contribución al bienestar de las 
plantas: una historia de ayuda mutua / Luis Cárdenas Torres
54. Agrobacterium tumefaciens y el hombre araña / Alfonso Sierra Sa-
rabia
Las bacterias y el hombre
59. Antivida…antibacterias…antibióticos / Yoloxochitl Sánchez Gue-
vara
61. ¡No soy yo, son mis bacterias! / Eunice Alejandra Zayas Del Moral
62. El Ying y el Yang de Clostridium botulinum / Verónica Loyo Celis
63. El lado bueno de una bacteria llamada Escherichia coli / José Luis 
Puente García
65. La Sociomicrobiología o de la convivencia entre bacterias y seres hu-
manos / Agustín López Munguía
69. Bacterias: ¿amigas o enemigas? / Ramón Batista García y Jorge Luis 
Folch Mallol
73. Una noche en brazos de venus y toda una vida de mercurio /Alicia 
Cañas Linares
76. Las bacterias y el desarrollo del cerebro / Edmundo Calva Mercado
79. En la mira  / Rocío Mejía Ornelas
Bacterias y biotecnología
85. Microbios, fermentaciones y biotecnología / Enrique Galindo Fenan-
tes
87. Geles, espesantes y una bacteria fascinante / Tania Castillo-Marenco 
y Carlos Peña Malacara
91. El pulque, una bebida histórica con importantes implicaciones biotec-
nológicas / Adelfo Escalante Lozada, Martha Giles-Gómez y Guillermo 
Gosset Lagarda
96. Bacterias que limpian sustancias contaminantes / Lucía Perezgasga 
Ciscomani y Rodrigo Fernández Mas
99. Ejemplo de una dulce y exitosa recombinación / Yoloxóchitl Sánchez 
Guevara 
103. Taq polimerasa: la copidadora de ADN / Cynthia Gemalit Martí-
nez Centeno
105. La contaminación por plásticos: bacterias al rescate / Cinthia Er-
nestina Núñez López y Daniel Germán Segura González
109. Inventando nuevas bacterias con Biología Sintética / José Antonio 
Alonso Pavón 
11
¿Qué son las bacterias?
Microbacterium sp. Imagen: Luis Servín  
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Sabías que...
Los fósiles más antiguos son de estromatolitos, que son co-
lonias de bacterias que forman rocas sedimentarias. Estos 
tienen 3,500 millones de años y se han localizado en el oeste 
de Australia y en África
Cuando una bacteria se desplaza puede alcanzar una veloci-
dad 200 y 1,000 revoluciones por minuto (rpm) e incluso 12 
mm por minuto
En Cuatro Ciénegas, Coahuila, México, existe un linaje de 
bacterias (Bacillus coahuilensis) que ahorra fósforo de las 
membranas celulares y lo sustituye por azufre
Algunas bacterias del género Geobacter se comunican con 
otras bacterias y con su mundo exterior mediante nanoca-
bles que les permite intercambiar señales.

13
Huellas
Eunice Alejandra Zayas Del Moral
Y pasaron muchos años antes de notarlo. Ahí había estado 
todo este tiempo, incluso mucho antes de que cualquiera 
pudiera percibirlo. Nadie sabe con certeza cómo comenzó, 
pero probablemente fue resultado de uno que otro evento 
azaroso ocurrido en el espacio y tiempo, los cuales nadie 
ha aprovechado mejor que la naturaleza. Así se hizo pre-
sente, siendo un punto invisible –en comparación del todo 
que lo rodeaba–.
 En medio de una gran mezcla de átomos un tanto 
ordenados, el pequeño ente encontró lo necesario para per-
manecer, y no sólo eso, también para multiplicarse. ¿Dón-
de ocurrió? A nadie le consta, pudo ser aquí, o en cualquier 
otro punto del espacio donde los elementos necesarios se 
encontraron. Pero es un hecho que su aparición marcó el 
inicio de lo que hasta ahora llamamos “vida”.
 Y como ya lo dije antes, pasaron años, muchos 
años antes de notarlo. Porque no existía nada ni nadie que 
pudiera verlo y contarnos la historia de cómo ocurrió. 
Mientras tanto, el pequeño y minúsculo grupo dejó de ser 
pequeño ya que siguió multiplicándose. Al mismo tiempo, 
el entorno que lo rodeaba también cambió: la luz, el clima, 
el orden (o desorden), entre muchas otras cosas. Ante los 
cambios, los integrantes del grupo sufrieron también pe-
queños cambios, que poco a poco los hicieron diferentes, 
dando lugar a nuevos grupos con integrantes de caracterís-
ticas distintas, los cuales hoy en día en conjunto conoce-
mos como “microorganismos”. 
 Pero no fue hasta que pasaron miles de millones 
de años, y miles de millones de pequeños cambios que die-
ron lugar a organismos vivos más complejos (al menos en 
estructura), que alguien pudo percatarse de su existencia. 
Primero se descubrió su presencia gracias a sustancias pro-
ducidas por ellos, ya que, a los ojos del ser humano, seguían 
siendo en su mayoría invisibles, y posteriormente, con he-
rramientas más elaboradas, se logró observar y analizar su 
forma, su tamaño y muchas otras características. 
 Hasta ahora, sigue siendo un misterio el origen de 
estos ancestrales seres vivos. Existen hipótesis y teorías que 
intentan explicarlo, pero aún no tenemos las pruebas sufi-
cientes para afirmarlo. Además, en los miles de millones de 
años que hay entre su aparición, y el año en que vivimos, 
quedan aún muchos huecos por completar acerca de la 
diversidad de microorganismos que existen y de todas las 
interesantes características con las que nos pueden maravi-
llar. Lo único que podemos afirmar es que están presentes 
en prácticamente cualquier lugar, y, aunque a simple vista 
no los veamos, el mundo, nuestro mundo, tiene su huella.  
14
El Mundo de las Bacterias
Eunice Alejandra Zayas Del Moral
¡Hey! ¡tú!, humano. Sí, tú, el que está leyendo. Voltea hacia 
la ventana más cercana y dime ¿qué hay ahí? ¿Luz? ¿Movi-
miento? ¿Algo poco común? Me parece que te estás que-
dando corto con tus respuestas. ¿Qué más hay ahí? ¿Nada 
más? Creo que te estás perdiendo de toda la acción. En 
frente de ti hay miles, ¿qué digo miles?, ¡millones de orga-
nismos vivos! Que tus ojos no los vean, no quieren decir 
que no estén ahí, y si supieras todo lo que están haciendo 
mientras estás aquí tan tranquilo leyendo... ni te imaginas. 
Es hora de que te enteres de la gran cantidad de vida que 
hay a tu alrededor (y también en lo más profundo de tu 
ser), y hasta lo pensarás la próxima vez que digas que te 
sientes solo.
Te preguntarás quiénes son esos tantos millones de orga-
nismos que te digo que están ahí. La respuesta es simple: 
la mayoría son BACTERIAS. ¿No te parece emocionante? 
Pues no, probablemente no, porque por años la gente ha 
subestimado el papel de estos microbios. Sin embargo, gra-
cias al avance de la tecnología y a los muchos años de estu-
dio de algunas personas que se percataron de su existencia, 
ahora podemos contarte que a las bacterias les debemos: 
olores, colores, formaciones rocosas, medicinas, comidas, 
bebidas, salud, estados de ánimo, y, en una de ésas, hasta 
la vida. 
 Para que nos creas, hemos reunido a un grupo de 
científicos mexicanos cuya profesión e investigación exis-
te gracias a lo maravilloso que es conocer el papel de las 
bacterias en la vida cotidiana. Ellos te contarán cómo la 
comprensión de estos microbios es muy importante para 
entender el pasado, presente y futuro de nosotros y del pla-
neta Tierra.  Bienvenido a este fascinante mundo compar-
tido: el mundo de las bacterias.
Los habitantes
En primer lugar, te presentamos a nuestras protagonistas: 
las bacterias. Éstas son organismos unicelulares, es decir, 
conformados por una sola célula de tamaño muy pequeño 
(varían de 20 nm a 1 mm de diámetro, dependiendo de la 
especie y forma), las cuales pueden ser observadas de ma-
nera individual con ayuda de un microscopio. Sus restos 
fósiles más antiguos datan de aproximadamente 3500 mi-
llones de años, época en la que la tierra estaba cubierta de 
océanos a muy altas temperaturas, por lo que se consideran 
uno de los organismos vivos más antiguos. 
 Si bien no son los únicos microbios, hay caracte-
rísticas que los hacen distintos con respecto a otros mi-
croorganismos como hongos, arqueas y virus. De entrada, 
su ADN (ácido desoxiribonucleico), el material genético 
donde está codificado el instructivo de su estructura y fun-
cionamiento, no se encuentra en un núcleo delimitado por 
membrana, sino en una estructura conocida como nucleoi-
de, que está empacado en un cromosoma de forma circular 
ubicado en el citoplasma, acompañado por otros pequeños 
fragmentos independientes de ADN conocidos como plás-
midos. 
 La estructura de la célula de una bacteria se com-
pleta con otros componentes esenciales además del nu-
cleoide, como los ribosomas, la membrana citoplasmáti-
ca y la pared celular, por mencionar algunos de los más 
importantes. Estos componentes tienen una organización 
arquitectónica dividida en tres regiones: la región citoplas-
mática que contiene el nucleoide y los ribosomas como 
15
componentes principales; la envoltura celular, formada por 
la cápsula, la pared celular y membrana citoplasmática, y 
por último, la superficie celular, donde encontramos al-
gunos apéndices los cuales están involucrados en la for-
mación de estructuras relacionadas con la movilidad de 
la bacteria y la transferencia de ADN entre ellas, llamados 
flagelos y pilis respectivamente, de las cuales hablaremos 
más adelante.
 Las bacterias conforman uno de los grupos de los 
seres vivos dentro de la clasificación de los Tres Dominios 
propuesta por Carl Woese: Bacteria, Archaea y Eukarya. 
Así como existe esta clasificación, también se ha podido 
clasificar a las bacterias de otras maneras muy diversas. 
Una de ellas es por su aspecto: las hay de forma redonda 
(cocos), de bastón (bacilos) y de espiral (espirilos y espiro-
quetas). Otras clasificaciones están dadas de acuerdo al 
lugar y condiciones en las que viven (requerimientos de 
oxígeno, temperatura, pH, forma de nutrición) y por cómo 
se asocian entre ellas y con otros microorganismos, entre 
muchas otras características.
 ¿En dónde podemos encontrarlas? Dada la diver-
sidad de bacterias que existe, podemos encontrarlas en to-
dos lados, hasta en los lugares más recónditos del planeta: 
en océanos, montañas, rocas congeladas, aguas sulfurosas, 
ductos de petróleo, en la salsa de los tacos, en el tracto di-
gestivo y hasta en las nubes. Sin embargo, cultivarlas en 
un laboratorio no siempre es sencillo, ya que cada especie 
requiere condiciones muy específicas para poder desarro-
llarse, lo cual vuelve a las bacterias todo un reto para los 
científicos.
 ¿Te quedaste picado? Ahora que ya sabes un poco 
más acerca de las bacterias, comencemos el tour.
16
Las bacterias: unos diminutos
y complejos seres primitivos
Lucía Perezgasga Ciscomani y Rodrigo Fernández Mas
Seguramente en alguna ocasión has tenido una infec-
ción y te han dado antibióticos para combatir a esas la-
tosas bacterias que te provocan malestares como fiebres, 
dolor de oído, diarrea, etc. Y aunque te hagan sentir tan 
mal, gracias a los más de 2,000 tipos diferentes de bac-
terias que tenemos en los intestinos, somos capaces 
de digerir la leche, de producir vitamina K (necesa-
ria para el proceso de coagulación de la sangre), algu-
nas vitaminas del complejo B, ácido fólico y vitamina C. 
 Las bacterias son unos pequeños organismos 
que miden unas 10 micras (una micra es la millonési-
ma parte de un metro), tienen ADN y ARN como mate-
rial genético, al igual que nuestras células (pero su ADN 
es circular, el nuestro es lineal, y no está envuelto por 
una membrana, de ahí que también se les conozca como 
Procariontes, que quiere decir antes del núcleo) y fue-
ron los primeros seres vivos en aparecer en la Tierra. 
 Para los científicos que estudian los procesos que 
dieron origen a la vida, es relativamente sencillo explicar 
cómo se originaron las moléculas necesarias para la misma: 
los ácidos nucléicos que almacenan la información genéti-
ca (ADN y ARN), las proteínas que son las responsables de 
muchos de los procesos celulares, los lípidos que forman 
parte de las membranas y los carbohidratos que proveen 
una gran parte de la fuente de energía necesaria para los 
distintos procesos celulares. Sin embargo, saber cuándo se 
originó un organismo, puede ser bastante más complicado, 
a no ser que tengamos fósiles para evidenciarlo. Las rocas 
sedimentarias (son un tipo de rocas donde se suelen en-
contrar fósiles) más antiguas se encuentran en Groenlan-
dia y tienen unos 3,800 millones de años. Los fósiles más 
antiguos son de estromatolitos (colonias de bacterias que 
forman rocas sedimentarias) que tienen 3,500 millones de 
años y se han localizado en el oeste de Australia y en Áfri-
ca. La naturaleza de los fósiles y la composición química de 
las rocas en donde se encontraron, indican que éstas pri-
meras células utilizaban reacciones químicas sencillas para 
producir energía para su metabolismo y crecimiento. En-
tonces, el origen de la vida tuvo que haber sucedido antes 
de 3,500 millones de años, pero ¿qué tanto?, todavía no lo 
sabemos. 
Estromatolitos en Cuatrociénegas, Coahuila, Méx.
(tomada por el Inst. de Ecología, UNAM) 
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Lo que sí sabemos es que todos provenimos de un único 
ancestro “LCA” (por sus siglas en inglés “ Last Common 
Ancestor”, o en español, último antepasado común), que 
guardaba su información genética en una molécula como 
17
el ADN, en unidades llamadas genes. Los genes codifican 
para las proteínas (o sea, un gen produce una proteína par-
ticular). Algunas de las proteínas  llevan a cabo funciones 
catalíticas (enzimas), es decir, ayudan a que algunas fun-
ciones celulares se lleven a cabo, como la síntesis del ADN. 
Entonces, si el ADN es necesario para hacer las proteínas 
y éstas son necesarias para sintetizar al ADN, ¿qué fue pri-
mero?
Para que se pueda producir una proteína, primero el gen 
se copia a ARN que es utilizado por los ribosomas (son 
complejos muy grandes formados por ARN y proteínas), 
para sintetizar las proteínas. Se sabe que en los ribosomas, 
el ARN es el que tiene la función catalítica, ya que si se le 
quitan todas las proteínas, sigue habiendo síntesis protéi-
ca. Así que el ARN puede servir para guardar información, 
como el ADN, y también como molécula catalítica, como 
las proteínas. De esta manera, se puede explicar el proble-
ma del huevo y la gallina: el ARN puede cumplir ambas 
funciones. Sin embargo, dada su baja eficiencia para guar-
dar información y como molécula catalítica, el ARN fue 
sustituído eventualmente por el ADN y las proteínas, res-
pectivamente.
Como dijimos anteriormente, la Tierra se originó 
hace unos 4,500 millones de años. Su atmósfera estaba for-
mada principalmente por vapor de agua, bióxido de carbo-
no, nitrógeno e hidrógeno. La temperatura de su superficie 
era muy alta debida al propio proceso de acreción (creci-
miento del planeta por adición de cuerpos más pequeños) 
y por el bombardeo constante de cometas, meteoritos y 
erupciones volcánicas, que favorecieron el aumento de la 
temperatura y seguramente, la síntesis de muchos com-
puestos orgánicos necesarios para la vida. Muchos de estos 
compuestos también se formaron en el interior de cometas 
y meteoritos y pudieron así enriquecer la poza de com-
puestos orgánicos presentes en la Tierra, la llamada “sopa 
primitiva” de Oparin. Es posible entonces, que la vida se 
haya originado varias veces y que el bombardeo de come-
tas y meteoritos la hayan aniquilado (como sucedió con la 
extinción de los dinosaurios debido a la caída de un meteo-
rito en lo que hoy es Yucatán) y aunque este bombardeo no 
ha cesado, disminuyó considerablemente cuando la Tierra 
comenzó a enfriarse hace unos 4,200 millones de años, con 
lo que se evitó la destrucción de los compuestos orgánicos 
ya sintetizados.
Origen de las moléculas de la vida. (Imagen tomada de la 
NASA) (Ver imagen a color en páginas centrales)
Tal vez, los primeros seres vivos hayan sido pare-
cidos a las bacterias metanógenas, que utilizan el hidróge-
no como fuente de energía y el bióxido de carbono como 
fuente de carbono para producir metano. La fotosíntesis 
(metabolismo que utiliza la luz como fuente de energía) 
se desarrolló en las bacterias hace unos 3,200 millones de 
años. El primer tipo de fotosíntesis fue anoxigénica, o sea, 
18
no produce oxígeno. La fotosíntesis oxigénica surgió en 
un tipo de bacterias llamadas cianobacterias y fueron el 
único tipo de organismos fotosintéticos durante muchos 
millones de años antes de la aparición de las plantas ver-
des. Conforme apareció el oxígeno libre en la atmósfera te-
rrestre, aparecieron otro tipo de bacterias que lo utilizaron 
para respirar y generar energía a partir del mismo.
  Como vemos, las bacterias no solamente fueron 
las primeras en originarse sobre la Tierra, si no que tam-
bién contribuyeron al cambio de la naturaleza química de 
la atmósfera terrestre, lo que permitió el surgimiento de 
otros tipos de bacterias y metabolismos. Además, a través 
del establecimiento de diferentes tipos de simbiosis (aso-
ciación de dos o más individuos de diferentes especies, en 
la que todos salen beneficiados), contribuyeron al origen 
de las células eucariontes hace aproximadamente 1,500 ó 
2,000 millones de años. Los eucariontes son los organismos 
cuyo material genético está encerrado por una membra-
na (núcleo). Las plantas, hongos, animales -y entre ellos, 
los humanos- y organismos unicelulares como las amibas, 
son todos eucariontes. Según la teoría endosimbiótica pro-
puesta por Lynn Margulis en 1967, una bacteria termófila 
que utilizaba el calor y el azufre como fuente de energía, se 
unió a una bacteria nadadora parecida a una espiroqueta 
(es una bacteria parecida a una lombriz), para dar origen 
al llamado flagelo de las células eucariontes (esta es la parte 
menos sólida de la teoría de Margulis). Posteriormente, la 
bacteria termófila enguyó a una bacteria que era capaz de 
utilizar el oxígeno como fuente de energía, dando origen a 
las mitocondrias, que son los organelos que usan nuestras 
células para respirar. Las mitocondrias, al igual que los clo-
roplastos que usan las plantas para producir la fotosíntesis, 
tienen en su interior ADN y ARN que usan para sinteti-
zar algunas de las proteínas necesarias para sus distintas 
funciones (esta es una evidencia que demuestra su origen 
bacteriano). Se cree que cuando se originó la mitocondria, 
la membrana de la bacteria termófila se invaginó como una 
manera de proteger su material genético, formándose así la 
membrana nuclear. Como todas las plantas tienen mito-
condrias, la adquisición de los plástidos fue el último even-
to endosimbiótico entre una bacteria tipo cianobacteria, 
que realiza fotosíntesis oxigénica y la bacteria que ya había 
adquirido al antecesor de la mitocondria.
 Así que la próxima vez que tengas una infección 
bacteriana, piensa que aunque te sientas como que te pasó 
un tren encima, fue gracias a las bacterias que se diversificó 
la vida en la Tierra.
Para saber más:
•	 Antonio Lazcano-Araujo. El Origen de la Vida.
•	 Varios autores. El Origen del Universo y de la Vida. 
•	 Carl Sagan. Cosmos
19
Y sin embargo… ¿se mueven?
Yoloxóchitl Sánchez Guevara
Yo me muevo, tú te mueves más rápido, ella se mueve hacia 
arriba, él se mueve retorciéndose, nosotros nos movemos 
en sentido contrario, ustedes se mueven rítmicamente y 
ellos…pues finalmente también se mueven, pero… ¿todos 
los seres vivos se mueven? entonces, ahora que ya que cono-
cemos más a las bacterias, ¿crees que éstas también se mue-
ven? Pues sí, y además lo hacen de una manera peculiar. 
 El término motilidad se utiliza en biología para 
expresar la habilidad de moverse espontánea e indepen-
dientemente. Y aunque fue apenas hace unas pocas déca-
das que, nosotros, los humanos, pudimos ver las células 
bacterianas individuales, en ese momento se sabía poco 
sobre cómo lograban moverse o desplazarse para llegar 
a tantos lugares como, por ejemplo, a un manantial en 
ebullición o a las raíces de esa planta que a veces parece 
triste; siempre en búsqueda de condiciones favorables. 
 Pero después de muchos estudios y avances en la 
ciencia, ahora sabemos que estos microorganismos tienen 
muchas cualidades, entre ellas, la capacidad de moverse y 
de desplazarse. Y aun cuando no todas lo hacen, las que sí 
lo logran, se desplazan por contracciones, por movimien-
tos vibratorios, movimientos de torsión, o en el mejor de 
los casos, usando su flagelo, que es una estructura semejan-
te a una cuerda ondulante o a un gran látigo, que lo usan 
como si fuera una cola, cola de aproximadamente 20 nanó-
metros (nm) de ancho y entre 15 a 20 micras (µ) de largo. 
 ¿Alguna vez has visto una imagen de flagelos de 
los espermatozoides? Pues si, es algo parecido. Imagina 
un largo apéndice helicoidal que gira en ambos sentidos, 
gracias a un motor rotatorio; y para que el motor funcio-
ne, como todos los motores que seguro conoces, requiere 
de energía. Las bacterias resolvieron esta necesidad ge-
nerando un gradiente de protones (iones de hidrógeno) 
a través de una capa formada por lípidos llamada mem-
brana y el cual resulta del metabolismo de cada bacteria. 
 Pero si consideramos todas las especies de bacte-
rias, existen las que tienen más de un flagelo y entonces 
se propuso una clasificación. Las especies que tienen un 
solo flagelo son monótricas; si son bacterias con un flagelo 
de cada extremo serán lofótricas. Para aquellas que reúnen 
varios flagelos en un solo extremo se usa el término an-
fítricas, pero también existen las que tienen flagelos dis-
tribuidos por toda la célula: las perítricas. Como en mu-
chos ejemplos de la naturaleza, ¡siempre hay variedad! 
 En cuanto a su forma, los flagelos son estructu-
ras únicas constituidos por un filamento, un gancho que 
dirige al flagelo y un cuerpo basal. Aproximadamente 20 
proteínas estructurales y otras 30 de regulación y coor-
dinación, permiten que todo “marche viento en popa” y 
las bacterias se desplacen impulsadas como hélices, con 
velocidades entre 200 y 1,000 revoluciones por minuto 
(rpm) e incluso, como en el caso de Vibrio cholerae, ve-
locidades de desplazamiento hasta de 12 mm por minuto. 
 Si me da hambre corro a la cocina, si me da 
frío voy en búsqueda de un suéter, pero ¿cómo sa-
ben las bacterias que pasa en el exterior y que las 
hace decidir bacterias hacia donde ir? Pues para ello 
se han descrito fenómenos que inician con transduc-
ción de señales, algo así como el juego de “pasa la voz”. 
 En bacterias, todos estos gradientes químicos 
son detectados a través de diferentes receptores inser-
tados en las membranas (transmembranales), que son 
proteínas que aceptan grupos metilo (CH
3
-). Esos recep-
tores unen moléculas atrayentes o repelentes que de ma-
20
nera directa o indirecta se relacionan con proteínas en el 
espacio periplasmático (el espacio entre la pared celular 
y la membrana). Luego, las señales son transmitidas ha-
cia el citosol, es decir al interior de la bacteria donde se 
activarán proteínas llamadas Che. Estas últimas son las 
encargadas de cambiar las frecuencias de giro y/o avance. 
 La regulación de los flagelos y de los receptores de-
pende de muchas proteínas como Che (W, A, B, Y y R) y 
FliM, de sus estados de fosforilación en ciertos residuos, 
de varias reacciones de mutilación, la agrupación de varios 
receptores y su interacción mutua. Todo ello ocurre en lo 
que los microbiólogos llamarían Sistemas de dos compo-
nentes y es una de las formas más comunes de cómo las 
bacterias “hablan entre sí” para regular vías de señaliza-
ción que serán sus pistas para avanzar o retroceder, girar 
contra de las manecillas del reloj o en sentido contrario. 
 Otra proteína estructural considerada como 
esencial para que el flagelo funcione, es la flagelina, 
que la encontrarás en la porción más distal del fla-
gelo. Por cada vuelta helicoidal del flagelo hay una 
o varias flagelinas de diferentes pesos moleculares. 
 Las bacterias, entonces, pueden ir en línea rec-
ta, derechitas, derechitas o moverse más libremente de 
forma aleatoria, tridimensionalmente y al azar. ¿Y cómo 
saben hacia dónde ir? ¡Ah! pues las bacterias responden 
a diferentes estímulos que les permiten decidir si con-
tinúan su camino o toman un rumbo diferente. Estos 
movimientos dirigidos se llaman taxias (que son movi-
mientos en respuesta a atracciones o repulsares provoca-
dos por factores ambientales). Además las taxias pueden 
ser negativas o positivas, dependiendo de la naturaleza 
del estímulo: atrayente o repelente, respectivamente. Y 
dependiendo del estímulo tendremos una respuesta, por 
ejemplo, hablamos de quimiotaxis, cuando el estímulo es 
por una concentración de sustancias químicas, la fototaxis 
cuando responden a gradientes de luz para obtener ener-
gía, en caso de las bacterias autótrofas o magnetotaxis si 
responden a un campo magnético, las bacterias con esta 
propiedad contienen hierro en forma de óxido de hierro 
ferromagnético o magnetita. Cuando la bacteria se diri-
ge hacia un lugar donde la concentración de oxígeno es 
la adecuada para su organismo hablamos de aerotaxia. 
 Como ejemplo, recientemente, se observó una bac-
teria del suelo, Bacillus subtillis en un medio en que no hay 
muchos cambios y la bacteria recibe pocas señales extrace-
lulares. A pesar de ello, la bacteria cambia de un estado mó-
vil (cuando la célula nada) a uno sésil que permite a las bac-
terias formar cadenas. ¿Cómo decide su estado la bacteria? 
 Un grupo de investigadores han descrito que el 
control molecular de este cambio de estado se debe a la 
interacción de tres proteínas. Específicamente, la proteína 
SinR que reprime un gen que codifica a otra proteína, SlrR. 
En cambio, SlrR se une y regula a SinR, algo así como una 
doble regulación. Pero como en varias historias, en esta re-
gulación hay un dominante: si es SinR la que gana, la cé-
lula es mótil; pero si pierde, la célula ya no se mueve, se 
vuelve sésil. Hay una tercera proteína, Sinl que puede unir-
se e inactivar a SinR. El resultado: la célula no se mueve. 
 Puede parecer complicado, pero esto 
es sólo un ejemplo de una manera de enten-
der cómo las bacterias toman decisiones: ver como 
se mueve su mundo alrededor o participar en ello. 
 Y sí, las bacterias entonces también se mueven, se 
desplazan; girando, rotando o con diferentes formas,  siem-
pre en busca de un estado de homeostasis, o lo que llama-
ríamos comúnmente: un estado de plena felicidad.
21
Lo pequeño es lo grande, o cómo las bac-
terias conquistaron el mundo y lo hicieron 
habitable para nosotros
Ana Gutiérrez-Preciado, Gabriela Olmedo Álvarez 
y Valeria Souza Saldívar
Las bacterias constituyen la reserva de nutrientes más 
grande del planeta
Se dice que contar las estrellas del universo es como contar 
los granos de arena en una playa. Se estima que en una 
galaxia existen del orden de 1011 o 1012 estrellas, y probable-
mente existan el mismo número de galaxias. Por un cálculo 
simple, podemos estimar que debe haber entre 1022 a 1024 
estrellas en el universo. Bueno, pues eso es nada compara-
do con la población de microorganismos en nuestro plane-
ta. Se calcula que el número total de células de microorga-
nismos es más o menos 6 x 1030 (o lo que es igual a 6 000 
000 000 000 000 000 000 000 000 000 bacterias). Pero no 
siempre fue así, en el origen de la vida hace cerca de 4,000 
millones de años probablemente había muy poquitas, poco 
a poco fueron evolucionando y tomando posesión de las 
rocas, el mar y la atmósfera y al apoderarse de sus nue-
vos “hogares” fueron aprendiendo a comer y a reciclar los 
elementos que nos dan la vida, principalmente el carbono 
(C), el nitrógeno (N) y el fósforo (P), haciendo de este pla-
neta un planeta azul lleno de vida. En la actualidad son tan 
importantes para el mantenimiento de la vida, que el Car-
bono que está contenido en los microorganismos (350-550 
x 1015 gramos) es equivalente a todo aquel contenido en el 
resto de los seres vivos. Si lo medimos en gramos de Ni-
trógeno o de Fósforo, hay 10 veces más de estos nutrientes 
en las bacterias que en las plantas, por lo que los microor-
ganismos representan la reserva de nutrientes más grande 
de la vida en el planeta. Con tal cantidad de bacterias en 
nuestra Tierra, ¡necesitamos muchísimos microbiólogos 
para entenderlas!
Las bacterias tienen mas funciones y aplicaciones que 
todos los demás seres vivos
En la microbiología, existen muchos campos de estudio. 
Hay científicos que se interesan por usar a las bacterias 
para la producción de alimentos, bebidas alcohólicas, me-
dicamentos, etc. Hay otros que se interesan en usar a las 
bacterias para solucionar problemas, como la biorremedia-
ción (ver capitulo tal). Pero también existen ecólogos de 
bacterias, aquellos que se interesan por saber qué bacterias 
viven en qué ambiente y como hacen para adaptarse en los 
miles de ambientes distintos que hay en el planeta, es decir, 
se interesan por entender su biodiversidad. Las plantas y 
los animales son muy diferentes a simple vista; por ejem-
plo, una simple hoja puede tener muchas formas distintas, 
pero esencialmente tiene la misma función. En cambio las 
bacterias son, aparentemente, muy parecidas pues prácti-
camente sólo las encontramos en forma de bastón (bacilos) 
o redondas (cocos), pero son increíblemente distintas en 
sus funciones. ¿Por qué? Para contestar este tipo de pre-
guntas necesitaríamos irnos al principio de la historia, al 
mundo primitivo llamado Precámbrico donde las bacterias 
eran las reinas. Eso en principio sería imposible ya que no 
hay máquinas del tiempo, ¿o sí?
22
¿Por qué Cuatrociénegas funciona como una máquina 
del tiempo?
En México tenemos una gran biodiversidad, es decir, las 
diferentes formas de vida que podemos encontrar (¡y ca-
talogar!), y un número impresionante de ecosistemas con-
trastantes. Uno de los ecosistemas de enorme interés es 
el que existe en el valle de Cuatrociénegas, un sitio úni-
co e irrepetible ubicado en el estado de Coahuila. El valle 
de Cuatrociénegas está rodeado por montañas y, a pesar 
de ser un desierto, alberga arroyos, manantiales y pozas 
donde habitan un sinfín de especies endémicas. Aunque 
cuesta trabajo pensarlo, este lugar en medio del noroeste 
mexicano alguna vez estuvo cubierto por el mar. El es-
tudio de las rocas de este oasis revela que en algún mo-
mento entró el mar, cuando se rompió Pangea, hace 220 
millones de años. Sin embargo, a pesar de que el mar se 
retiró hace 35 millones de años, conserva muchas de las 
bacterias marinas que se han ido adaptando a los cam-
bios del Valle. La composición de este espacio único, que 
contiene mar en el desierto rodeado de montañas, hace 
de Cuatrociénegas un sitio único tanto a nivel microscó-
pico (diversidad microbiana), como macroscópico (plan-
tas y animales endémicos). Se puede comparar a las Islas 
Galápagos, famosas por los estudios que hizo Charles 
Darwin y la descripción de numerosas especies endémicas. 
 Las bacterias de Cuatrociénegas, con linajes an-
cestrales, habitan todo el valle. En cada rincón de Cua-
trociénegas, existe un microecosistema que contiene una 
gran diversidad de bacterias, y entre todas realizan todas 
las funciones metabólicas necesarias para mantener viva 
a su comunidad. Por ejemplo, en el agua, las bacterias se 
organizan en los diferentes niveles de profundidad, pues 
hay unas que prefieren estar más cerca del sol y del oxí-
geno, mientras otras disfrutan más de la sombra y de lo 
que les cae de aquellas que viven arriba. En los sedimen-
tos de algunas pozas de agua existen estructuras “rocosas”, 
llamadas estromatolitos, que se forman gracias a la mez-
cla de carbonatos del agua y el metabolismo de comuni-
dades de microorganismos. Es cierto que esta descripción 
suena muy similar a un arrecife de coral; también es cier-
to que, en general, ambos están hechos de carbonatos de 
calcio. Sin embargo, hay una diferencia primordial entre 
ambos. Los microorganismos que habitan los corales son 
organismos más complejos, clasificados como eucariotes 
microscópicos de la clase Anthozoa, mientras que los que 
habitan los estromatolitos son bacterias muy diversas, que 
en su mayoría hacen su propia azúcar a partir del sol y de 
elementos inorgánicos (muy diversos autótrofos anóxicos 
y los primeros organismos fotosintéticos aerobios, las cia-
nobacterias). Las cianobacterias son también habitantes 
estrella de Cuatrociénegas, ocupando las capas superiores 
de las columnas de agua y viven en la azotea de estos tan 
mencionados tapetes microbianos. Las cianobacterias son 
fascinantes y son las responsables de que este planeta esté 
lleno de oxígeno y es gracias a ellas que estamos aquí.
Fig. 1 Tapete microbiano. (Imagen: Ana Gutiérrez) 
(Ver imagen a color en páginas centrales)
23
Los tapetes microbianos se observan en el sedimento de las 
pozas como distintas capas de suelo que se diferencian cla-
ramente por poseer diferentes colores. Es posible extraer 
un fragmento de sedimento, como quien corta una reba-
nada de pastel, y observar esta estratificación. Estas capas 
son una especie de “condominios” habitados por microor-
ganismos multicolores (Fig. 1). 
Una de sus principales características es que son fotosin-
téticos, con lo cual aprovechan la energía solar para sinte-
tizar su alimento. Antes de que existiesen los organismos 
multicelulares, es decir, en el precámbrico, los tapetes mi-
crobianos fotosintéticos cubrían, literalmente, la Tierra, 
así como ahora cubren el valle de Cuatrociénegas. Estos 
ecosistemas, son de apenas unos cuantos centímetros de 
espesor, pero a pesar de esto contienen un rango enorme 
de pequeños microambientes, los cuales se ven determi-
nados por los gradientes de luz, oxígeno y otros nutrientes 
que se forman a medida que se penetra en la profundidad 
del sedimento. Los microorganismos de los tapetes, princi-
palmente bacterias y arqueas, no pueden moverse de arri-
ba abajo en las diferentes capas (los de la capa morada no 
pueden vivir en la capa verde y viceversa) tienen un modo 
de vida especializado para vivir en distintas condiciones 
de oxígeno y de luz. Por ejemplo, aquellos que no tienen 
la capacidad de utilizar oxígeno, necesitan diferentes ele-
mentos para poder respirar, como azufre y hierro. A la 
forma en que se desenvuelven con diferentes elementos 
para crecer y reproducirse le llamamos metabolismo. Por 
tanto, estas diferenciaciones de capas, les permiten convi-
vir y no competir, estableciendo distintos nichos en cada 
capa. El oxígeno no es el único factor que dicta los lími-
tes entre cada nicho, otros son la luz y la descomposición 
de materia orgánica que cae sobre el suelo. La luz también 
es filtrada, de modo que los que viven en medio, reciben 
“un tipo de luz” distinta que las cianobacterias de la azotea. 
Las bacterias en los tapetes aprovechan la luz y se la re-
parten 
Las cianobacterias y las plantas no son los únicos orga-
nismos que fotosintetizan. De hecho, ellos ni siquiera in-
ventaron esa forma de comer. Todos sabemos ahora que 
las plantas pueden fotosintetizar gracias a que tienen un 
organelo dentro de cada una de sus células llamado clo-
roplasto. Sabemos también que el cloroplasto es producto 
de una endosimbiosis con una cianobacteria. También sa-
bemos que el cloroplasto contiene clorofila, un pigmento 
que funciona como antena molecular y le permite tomar la 
energía de la luz y convertirla en comida (es metabolismo y 
se llama ciclo de Calvin). Las plantas (y las cianobacterias) 
son verdes gracias a la clorofila, que absorbe la luz que llega 
en longitud de onda de 680 nm, es decir, sólo aprovechan 
la luz roja, la demás la rebotan. Regresando a nuestro tape-
te microbiano, podemos observar que la capa superior es 
verde, pues son cianobacterias que están hasta arriba, ab-
sorbiendo luz con sus antenas moleculares, la clorofila. En 
nuestro tapete de la figura 1, la capa que sucede a la verde 
es morada y esto se debe a que las bacterias fotosintéticas 
que la habitan tienen un tipo de clorofila distinto. Una sutil 
diferencia en su estructura le permite a la clorofila absorber 
la luz en una longitud de onda distinta, y esto le permite a 
este tipo de bacterias púrpuras no competir con las ciano-
bacterias por la luz. Es decir, absorben la luz que las ciano-
bacterias “desperdician”. Esto mismo sucede con las capas 
inferiores a medida que se desciende en profundidad. Hoy 
en día conocemos 8 tipos de clorofilas distintas. El mayor 
componente de un tapete microbiano son las bacterias ver-
24
des no sulfurosas, que es la capa verde que se observa en 
medio. No son cianobacterias, su clorofila absorbe la luz de 
740 nm, por eso también las vemos verdes.
La competencia entre las bacterias también explica la 
diversidad
Explicamos ya que cada capa de sedimento tiene bacterias 
diferentes porque tiene niveles de oxigeno y de otros ele-
mentos diferentes, y usan distintos tipos de luz. Esto explica 
ya parte de la diversidad. Ahora, las bacterias que ocupan 
una misma capa, tampoco son iguales; de hecho, mientras 
más diferentes son es más fácil que convivan. Sin embargo, 
no todo es color bello púrpura en estos tapetes. Estos mi-
croorganismos están sujetos a una competencia constante 
por los recursos y por el nicho particular, por lo que las 
interacciones bióticas probablemente causaron extinción o 
diversificación de los competidores antiguos menos afor-
tunados que se veían desplazados de sus territorios. Hay 
pleitos feroces entre bacterias que tienen un metabolismo 
parecido, pues pelean por los mismos alimentos. De hecho, 
muchas de las bacterias sintetizan sustancias que matan a 
sus competidores. Estas sustancias son nada menos que los 
antibióticos, que hemos aprendido a aprovechar para hacer 
medicamentos que combaten las infecciones bacterianas. 
Una estrategia de convivencia pacífica es la repartición de 
los diferentes alimentos. Esto es otra manera en que expli-
camos la diversidad de bacterias en los tapetes microbianos. 
 Por último, ¿quién produce la comida en los tape-
tes? De algún lado tiene que salir la comida (energía) para 
las bacterias de todas las capas. Ya vimos que a lo largo 
de las capas superiores, hay muchas bacterias fotosintéticas 
que están produciendo azúcar a partir de la energía del sol 
y de CO
2
. También viven de todo lo que cae en el suelo y se 
descompone. Gracias al estudio de los tapetes de Cuatro-
ciénegas, hemos aprendido que los virus matan a los mi-
croorganismos más abundantes, manteniendo cierta distri-
bución equitativa, y que el fósforo de las bacterias elimina-
das es aprovechado por los microorganismos carroñeros, 
por lo que los virus forman parte importante del sistema al 
contribuir a reciclar los elementos que forman la vida. Esta 
dinámica, que observamos en Cuatrociénegas, es una regla 
de vida en nuestros océanos y tapetes microbianos, como 
probablemente lo fue también en el Precámbrico. Lo que 
las capas superiores producen, es aprovechado (o fermen-
tado) por las capas inferiores, que a su vez producen nue-
vos desechos que van aprovechando otras bacterias, que a 
su vez desechan parte de los alimentos que procesan… lo 
que es seguro ¡es que nada se desperdicia! Lo que una capa 
deshecha, la de abajo lo aprovecha. La basura de la capa 
superior es la comida de la capa inferior. La concentración 
del oxígeno decrece de abajo hacia arriba, pero la del azufre 
incrementa. La competencia probablemente es más dura 
en la parte central del tapete, mientras que la parte supe-
rior rica en oxígeno y sol permite sólo la existencia de los 
que toleran estas condiciones. En las capas más profundas, 
el estilo de vida es muy diferente. No llega nada de oxíge-
no, y éste es el principal componente para poder mover los 
electrones y así generar ATP. En estas capas los organismos 
viven en el límite, por lo que necesitan asociarse entre ellos 
para poder hacer ATP entre todos. Un grupo particular de 
microorganimsos, las llamadas arqueas metanógenas, se 
asocian con unas bacterias sintróficas, compartiendo todos 
los deshechos de los demás que viven en capas superiores. 
Fermentando la basura de los demás y transfiriéndose el 
hidrógeno generado es como pueden sobrevivir y hacer 
ATP para todos aquellos habitantes de esta desafortunada 
capa. Como comparten todo, sus membranas están pegadi-
25
tas unas con otras, para que los pocos nutrientes que tienen 
puedan ser compartidos y no se difundan. De hecho, se 
cree que en estas condiciones, de una intimidad absoluta, 
se originó un nuevo tipo de interacción: la endosimbiosis, 
donde unieron sus membranas, coexistiendo en una célula 
más grande y compleja. Este tipo de asociaciones dio lugar 
a las células eucariontes y es el origen del núcleo. 
Bacterias únicas de Cuatrociénegas y sus trucos
Gracias a los tapetes microbianos, podemos entender la 
diversidad microbiana. En ecología, hay otro concep-
to clave, el endemismo. Una especie endémica es aque-
lla que se encuentra solamente en un lugar del planeta, 
como por ejemplo la tortuga de las Islas Galápagos, en 
Ecuador. En cambio, una especie cosmopolita es aquella 
que encontramos en muchos lugares, como por ejemplo, 
los humanos. En las primeras épocas de la Ecología Mi-
crobiana, se pensaba que las bacterias eran especies cos-
mopolitas y que todas estaban en todas partes. Esto se dio 
muchos años por hecho, ya que son pequeñas, se repro-
ducen en tiempos muy cortos, alcanzan altas densidades 
poblacionales (o sea, ¡son muchas!) y se pueden dispersar 
fácilmente (algunas forman esporas, otras pueden via-
jar en tu zapato). Ahora hay evidencia para argumentar 
que no todo está en todas partes, y prueba de ello es que 
en Cuatrociénegas existen muchas bacterias endémicas. 
 Para entenderlas, debemos recordar el contexto 
donde viven. Cuatrociénegas es un ambiente único, muy 
limitado en nutrientes y en general, las bacterias han teni-
do que adaptarse a una vida más dura que en otros lugares 
del planeta. Al tener que competir y pelear por su alimento, 
cada linaje bacteriano que ahí sobrevive llegó a solucionar 
el problema con métodos distintos y fascinantes. Por ejem-
plo, algunas bacterias degradan los compuestos menos co-
mestibles, que como nadie más quiere, éstas aprovechan. 
Otro linaje, el de una bacteria que hemos bautizado como 
Bacillus coahuilensis, decidió ahorrar en el fósforo de las 
membranas celulares, sustituyéndolo por un elemento más 
común: azufre, cambiando así la estructura de su membra-
na celular. Esta bacteria, lejana al linaje de las cianobac-
terias, decidió robarles algunos de sus genes para poder 
hacer un tipo de pigmento que le sirve para aprovechar la 
luz (otra antena molecular). Algunas otras bacterias desa-
rrollaron hábitos caníbales, mientras que otras se volvie-
ron carroñeras. Estas presiones selectivas, únicas de este 
ambiente, llevaron a los linajes por un camino evolutivo 
único, generando un gran número de bacterias endémicas. 
La biodiversidad microbiana de Cuatrociénegas, una 
mina de recursos que peligra por el mal manejo del 
agua
Para resumir, la diversidad microbiana que encontramos 
en Cuatrociénegas es inigualable. Tenemos en nuestras 
manos una gran riqueza metabólica, y estudiándola po-
demos entregarle a los biotecnólogos muchísima materia 
prima para sus investigaciones. Las bacterias que se comen 
todo, pueden ser pieza clave en la limpieza de ecosistemas 
contaminados (biorremediación), aquellas que compiten 
con todas las otras bacterias que se encuentren pueden ser 
importantísimas para descubrir nuevos antibióticos, y las 
otras que inventan nuevas formas de hacer energía, pue-
den ayudar a hacer biocombustibles. Pero para poder ex-
plotar estos recursos genéticos primero hay que conservar 
al acuífero. El problema es que el acuífero profundo que 
alimenta las pozas y por lo tanto que le da vida a las comu-
nidades microbianas, está muy amenazado por el mal uso 
26
del agua en el desierto. Desde hace 70 años los ejidatarios 
en Cuatrociénegas han hecho canales para sacar el agua de 
los manantiales e irrigar sus parcelas, no solo dentro del 
valle sino 80 km hacia la ciudad de Monclova. El asunto es 
que esa agua es esencial para mantener el humedal y que 
entonces regrese el agua por infiltración a las profundida-
des, donde se enriquece con azufre (recuerda que el azufre 
es parte importantísima del metabolismo del tapete micro-
biano) ya que hay una bolsa de magma que esta a varios 
kilómetros de profundidad bajo la Sierra de San Marcos. 
Como en los géiseres, el agua rica en azufre sube por la 
presión que genera el calor del magma, pero como es tan 
profunda la bolsa de magma no llega hirviendo sino que 
forma las pozas con manantiales que están a 32oC. Por otra 
parte, no sólo los canales de los ejidatarios están evitando 
que se recargue el acuífero sino que los grandes agriculto-
res también sacan el agua profunda con pozos para irri-
gar grandes extensiones de cultivos de alfalfa, ¡el cultivo 
más “sediento” y por tanto la peor elección de cultivo en 
un desierto!. Sería una pena que esta máquina del tiempo 
extraordinaria, que sobrevivió a todas las grandes extin-
ciones se muera en solo unos años porque nosotros, los 
mexicanos, no sabemos respetar el desierto y cuidar cada 
gota de agua como lo que es, el elemento más sagrado; el 
que define la vida en este planeta.
27
Si de transferir se trata…
Yoloxóchitl Sánchez Guevara
Si observas bien, alrededor de una bacteria existen miles de 
hilos pilosos, es decir, hilos en forma de pelos. Y si creemos 
que están allí por algo, podríamos recordar que sirven para 
conectarse con otras bacterias o con su medio externo y de 
esa manera mandar mensajes y/o señales.
Sin embargo, cuando un científico del Pacific 
Northwest National Laboratory, Yuri Gorby, observó por 
primera vez bacterias que hacían brotar estos diminutos 
cables de su membrana celular y al mismo tiempo trans-
formaban metales tóxicos, surgieron las primeras teorías 
que proponían que estas modificaciones anatómicas debe-
rán estar relacionadas con alguna otra función, más allá de 
establecer una “mera red de amistad bacteriana”.
Estas extensiones de membrana, conocidas como 
nanocables son aproximadamente de 10 nanómetros de 
diámetro y pueden agruparse hasta llegar a formar grupos 
o manojos de hasta 150 nanómetros de ancho. 
Ahora se sabe, que estas diminutas estructuras 
periféricas, también sirven para conducir electricidad. Y 
mientras más hilos haya, mayor conductividad. 
Particularmente, se sabe que Geobacter es capaz de 
producir magnetita, de biodegradar compuestos contami-
nantes, de habitar en ambientes con uranio y de producir 
electricidad. Geobacter transfiere electrones gracias a que 
posee una red de citocromos C con grupos hemo distribui-
dos alrededor de sus membranas: interna, del periplasma y 
de la externa, y que transfiere sus electrones al hierro, por 
ejemplo, que es el aceptor final. 
El género Geobacter ha sido una de las mejores 
candidatas para estudiar en laboratorios, los procesos de 
transferencia de electrones a nuevos dispositivos: las celdas 
microbianas productoras de electricidad.
Hasta ahora se conocen otras bacterias que pueden 
ceder electrones, pero aún se conocen todos los mecanis-
mos que les confiere esta “brillosa” habilidad: Rhodoferax 
ferrireducens, Aeromonas hydrophila, Clostridium butyri-
cum y Enterococcus gallinarum.
¿Pero que tan abundantes son estas bacterias? Mu-
chas de ellas las puedes encontrar en el subsuelo y de ma-
nera natural han utilizado óxidos de hierro para aceptar 
electrones y con ello oxidar materia orgánica.
Es gracias a este nuevo campo en la producción de 
electricidad natural y a los mecanismos  de comunicación 
entre microorganismos y su medio en que han existido 
desde siempre, que ahora podemos entender y pensar en 
nuevas formas de iluminarnos.
Entender cómo las bacterias pueden convertir 
energía química en energía eléctrica, será de gran impor-
tancia en el campo de la microbiología ambiental, área de 
la ciencia que propone nuevas formas de energía verde. 
Éste es un ejemplo más de cómo, en la naturaleza, uno de 
los grupos más antiguos como las bacterias pueden ser mi-
croorganismos con sistemas muy organizados incluso al 
momento de compartir interesantes formas de energía. 
Para saber más:
Yuri A. Gorby et al. Electrically conductive bacterial na-
nowires produced by Shewanella oneidensis strain MR-1 
and other microorganisms PNAS 2006 103 (30) 11358-
11363; published ahead of print July 18, 2006,doi:10.1073/
pnas.0604517103
Ejemplo de bacterias del género geobacter unidas por hilos pilosos 
Imagen tomada de: Gorby et al. PNAS 2006.
29
Usos y costumbres de las bacterias
E. coli DH5α + E. coli PFAJ + Chromobacterium violaceum + 
Methylobacterium oryzae en PYCa Imagen: Francisco Ipinza
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Sabías que…
Pyrococcus furiosus es una bacteria que puede crecer a 105 
oC y de la cual se han purificado más de 30 enzimas que 
trabajan entre 90 y 100oC.
Streptomyces coelicolor es una de las bacteria que provocan 
el olor a tierra mojada al liberar un compuesto aromático 
llamado geosmina.
Vibrio harveyi produce compuestos bioluminiscentes que 
dan origen a grandes manchas en el mar llamadas “océanos 
lechosos”.
Las cianobacterias pueden producir minerales y construir 
grandes estructuras semejantes a grandes rocas.
El 20% de todos los sólidos encontrados en muestras de aire 
del Golfo de México y del Caribe son bacterias.

31
Dulces de Tierra
Rocío Mejía Ornelas
Había un camello que nació de una duna del desierto, y fue la 
blanca señora que habita las lejanías, esa luna ociosa, quien 
le pintó el pelaje. Los otros camellos no lo querían por pa-
recerles que ocultaba, bajo su níveo cuerpo, alguna extraña 
intención. El camello albino, al sentirse solo, lloraba por las 
noches mientras los demás dormían. Lawsha´alla´h, decía 
el camélido entre gemidos, lawsha´alla´h. Tal vez por eso 
sus lágrimas nunca cayeron al rostro del desierto. Todas se 
iban al manto negro donde la luna vivía sola también. Y así 
el firmamento se tiñó de pálidos resplandores que ahora 
conoces como estrellas, pero que no son más que las lágri-
mas de un solitario soñador. 
Eleuterio le ha contado ya cinco veces la historia 
a Ramiro, su nieto de cinco años, que el médico dice no 
tardará mucho en morir. Es el cuento favorito del niño y 
también de su abuelo. Eleuterio recuerda, dejando que la 
tristeza deshoje su corazón marchito, al árabe que le contó 
esa y más historias, además de enseñarle a elaborar dul-
ces en una tienda de productos libaneses en el centro de la 
Ciudad de México. 
Eleuterio llegó a la tienda del árabe siendo un jo-
vencito de apenas once años. Había dejado su pueblo de 
Chamilpa atrás. Nada quedaba ahí para él. Sus padres 
murieron en la Revolución. La capital del país le parecía 
la última esperanza para no morir igual que ellos.  Llegó 
descalzo y pidiendo trabajo de lavaplatos. Hubo algo que 
conmovió al árabe, tal vez mirar sus propias pérdidas, sus 
añoranzas, en los ojos desgastados de aquel muchacho. 
A pesar de haber llevado una buena vida en la ca-
pital, la nostalgia por su pueblo lo hizo volver siendo adul-
to. “Te entiendo, Eleuterio, uno debe regresar a su tierra a 
morir y convertirse en flor”, fue lo último que dijo el árabe 
antes de darle un fraternal abrazo. Eleuterio, desde enton-
ces, es el dulcero del pueblo y vive con su nieto en una mo-
desta casa de adobe que siempre huele a leña y azúcar. 
Eleuterio nunca ha sabido quiénes son los padres 
de Ramiro. A la criatura, con apenas unas semanas de vida, 
se la endilgaron en la puerta de su casa. Eleuterio supu-
so que Dios, en su infinito e incomprensible humor, como 
nunca le dio mujer que lo quisiera y, por ende, descenden-
cia alguna, le entregaba el nieto que pudo haber tenido si la 
suerte no fuera tan elitista o Él, todo omnipotente, menos 
descuidado con sus hijos más precarios. 
– ¿Me voy a ir como las lágrimas del camello al-
bino, abuelito? –Eleuterio está reviviendo las brasas en la 
cocina; finge no escuchar al niño postrado en el camastro, 
quien no deja de toser y arder en fiebre. Coloca leños nue-
vos y sale a fumar un cigarrillo al patio. Escucha con des-
esperación los quejos de su niño escapando por la ventana; 
ese canto de gorrión herido es un festín a los oídos de la 
muerte y Eleuterio lo sabe bien. Por eso aspira despacio el 
humo que le ayuda a tranquilizar su alma. Se ha terminado 
el dinero para mandar traer nuevamente al médico, que ya 
da por desahuciado a Ramiro. Además, no quiere fiarle al 
pobre dulcero ningún medicamento, por considerarlo una 
deuda innecesaria “De todos modos se te va a morir, Eleu-
terio, figúrate si no sería yo un desgraciado en aceptar fiarte 
a sabiendas que tendrás que gastar en la caja y el entierro”.
El niño llama al abuelo entre quejidos. Le pide un 
dulce con sabor a tierra.
–Cuando ponías los leños en la cocina, abuelito, 
el camello blanco entró por la ventana y nos fuimos juntos 
a dar un paseo por el desierto. Llegamos a un río y la luna 
se estaba bañando. Es una señora muy guapa, abuelito, y 
me regaló bolitas de dulces que sabían a tierra. Cuando me 
32
los comí, dejé de toser. Hazme unos, abuelito, ya no quiero 
estar enfermo. 
Eleuterio trata de explicarle que no sabe hacer dul-
ces de tierra, pero el niño está pálido y sus ojos hundidos 
solo anuncian lo peor, así que el abuelo asiente con la ca-
beza y busca cumplir su deseo, por si éste fuera el último.
Eleuterio se interna en el campo con rumbo a un 
ojo de agua adonde suelen ir a nadar. Es de madrugada y la 
oscuridad se cierne por encima de él. Pero el aroma a hu-
medad lo guía como si fuera un animal sediento. Cuando 
llega al lugar, toma un poco de tierra fresca y regresa a casa. 
En la cocina coloca el montículo terroso sobre un plato y 
lo amasa con piloncillo molido. Mientras moldea con sus 
palmas las pequeñas bolas, el abuelo solloza. Como el ca-
mello albino, Eleuterio impregna en cada dulce la palabra 
lawsha´alla´h, que el árabe tuvo a bien decirle que significa 
“si Dios quisiera”. 
El niño tiene mejor semblante. En la mañana le ha 
dicho a su abuelo si puede prepararle una sopa de hongos. 
Eleuterio sonrió después de semanas de tener un rostro 
afligido y la cocinó inmediatamente. Ramiro, por tres días 
seguidos, sólo quiso probar dulces de tierra los cuales, sin 
saberlo, guardaban millones de bacterias Streptomyces co-
leicolor, nobles procariotas  quienes se distinguen por su 
ingenio para elaborar antibióticos. Eleuterio no sabe ni si-
quiera qué es una bacteria, pero algo le dice que en esos 
dulces trozos de tierra se oculta, a pesar de su incompren-
sible humor, la bondad de Dios en pedacitos. 
33
Las Superbacterias
Agustín López Munguía
       
Los antiguos cazadores de microbios
En 1926, Paul de Kruif escribió uno de los best sellers mun-
diales de la divulgación de la ciencia: Los cazadores de mi-
crobios. Se trata de un libro fascinante que describe vida y 
obra de un grupo de hombres del siglo XIX, que sentaron 
las bases para conocer y comprender el mundo de los en-
tes vivientes más pequeños de la Tierra y de nuestra rela-
ción con ellos. El libro se inicia con la vida de Antonio Van 
Leeuwehoek, quien, después de descubrir el microscopio, 
reportó el primer “avistamiento” de entes desconocidos, 
abriendo a los seres humanos las puertas de un mundo 
que, sin saberlo, desde los orígenes de la humanidad “nos 
vigilaba.” Me refiero, claro, al mundo microbiano. El libro 
incluye a Louis Pasteur, quien muestra el papel de los mi-
croorganismos (las levaduras) en la elaboración de cerveza 
y vino y deja en claro la existencia de ese mundo hasta en-
tonces desconocido, que si bien no “nos vigila” en el senti-
do estricto del término, sí juega un papel fundamental en la 
vida cotidiana del planeta, incluida desde luego la nuestra. 
Pasteur en aquel entonces dejó claro que las bacterias echa-
ban a perder el trabajo de las levaduras y podría decirse 
que sus trabajos sientan las bases de la microbiología, de 
la cual surgen las primeras aplicaciones de la Biotecnolo-
gía industrial. En el texto de Kruif  se incluye  también la 
biografía de Roberto Koch, quien demostró que la convi-
vencia con las bacterias no siempre es pacífica, habiendo 
habitantes de ese mundo con capacidad para acabar con la 
vida de los seres humanos. A partir de entonces se inicia 
una etapa de convivencia con las bacterias, aprovechando a 
las benéficas y manteniendo alejadas a las indeseables, apli-
cándoles por ejemplo agua y jabón o una muerte con calor 
(pasteurización) o atacándolas con vacunas y antibióticos. 
Muchos años más tarde, en la segunda mitad del siglo XX, 
se consolidó la Biotecnología Industrial, que consiste en 
darle a las bacterias benéficas espacio en grandes fermen-
tadores para cumplir con la tarea de aportar bienes y servi-
cios a la humanidad. Ellas, encantadas, pues para lograrlo, 
no requieren de otro esfuerzo que el de reproducirse y con 
ello producir sustancias de importancia para la sociedad. 
 Hoy en día, tenemos plena conciencia de que la su-
pervivencia del planeta depende de la armonía entre todas 
las especies vivas, siendo una de ellas las bacterias. Gran 
parte de los ciclos que permiten la vida en el planeta, como 
el ciclo del carbono, del nitrógeno o del agua, por ejemplo, 
dependen del metabolismo de estos pequeños organismos; 
sin las bacterias, el reciclado de la materia orgánica no sería 
posible; es decir, no habría recursos renovables. Por lo mis-
mo, es clave el papel que juegan como aliadas de los seres 
humanos para enfrentar los retos del siglo XXI. Estos retos 
se refieren a resolver el problema de la contaminación, del 
abasto de alimentos, del desarrollo de nuevos y mejores me-
dicamentos, del suministro de agua y particularmente de 
revertir el desequilibrio ecológico, el cual ha alcanzado di-
mensiones nunca antes vistas, y se refieren también a la im-
periosa necesidad de transformar la industria petroquímica 
por una bio-industria sustentada en recursos renovables. 
 Es por ello que con todo este conocimiento se ha 
generado un nuevo equipo, un ejército diría yo, de “Caza-
dores Modernos de Microbios”. Estos nuevos buscadores, 
salen ahora a la caza con dos estrategias: unos buscan den-
tro de las bacterias, para entender los mecanismos de fun-
cionamiento y diseñar así bacterias modificadas que hagan 
su trabajo de manera más eficiente o incluso, nuevas tareas. 
Otros, como los cazadores de Kruif siguen buscando en el 
34
planeta, pero gracias a nuevas herramientas, se dan ahora a 
la caza por ejemplo de bacterias muy primitivas, de ésas que 
están aquí desde hace casi cuatro millones de años, y que 
por lo mismo cuentan con propiedades fuera de lo común. 
Se trata de superbacterias, dado que para poder sobrevivir 
en las condiciones en las que se encontraba la Tierra en 
aquel entonces requerían de capacidades extraordinarias 
considerando el calor y la falta de nutrimentos que había. 
Otros cazadores se han dado cuenta que los métodos de la 
microbiología de Pasteur y de Koch, no permiten “cazar” 
a todos, pues hay bacterias (y otros microorganismos) que 
son “incultivables”. 
La capacidad de resistencia de las bacterias  de-
riva en parte de su sencillez.  Podría aplicarse aquello de 
que “bienaventurados los sencillos porque ellos poseerán 
la Tierra”. Como sea, la célula bacteriana, conocida como 
célula procariote viaja ligera, ya que no posee demasiados 
componentes en su interior, y su material genético no se 
encuentra confinado dentro de un núcleo. Al paso de mi-
llones de años de evolución, apareció la célula eucariote, 
una forma más refinada y compleja con varios organelos y 
con el material genético organizado en cromosomas den-
tro de un núcleo (levaduras, hongos, protozoarios, …, ) que 
más tarde evolucionaron en el planeta, hasta llegar incluso 
al que escribe y al que o a la que lee. Pero si las bacterias 
son resistentes, a las superbacterias las distinguimos por 
capacidades extraordinarias que les permiten sobrevivir en 
condiciones fuera de lo común, tales como las que se vivie-
ron hace cientos de miles de años en el planeta, o las que 
aún existen en determinadas regiones del mismo. Y es que, 
mientras que los seres humanos estamos limitados a cier-
tas condiciones ambientales para poder vivir, tales como la 
disponibilidad de oxígeno,  presión atmosférica,   disponi-
bilidad de alimentos y  agua, ausencia de gases o ambientes 
tóxicos, etc. (algunos incluso ya no sobrevivimos sin aire 
acondicionado), ciertas bacterias pueden sobrevivir fácil-
mente en   “ambientes extremos”.  A ellas podríamos dedi-
carles todo un libro, pero no sería justo para el resto de las 
bacterias que también tienen lo suyo.  
 
Vida en condiciones extremas
Existe una clasificación  tradicional de los microorganis-
mos basada en su temperatura idónea para crecer: se dis-
tingue así a los que gustan de bajas temperaturas  (psicró-
filos), a los tibios (mesófilos) y a los que prefieren el calor 
(termófilos). Sin embargo, ha sido necesario agregar una 
nueva clasificación para incorporar a un grupo importante 
de procariotes que pueden vivir por arriba de los 100oC: 
los hipertermófilos. Cabe señalar que ningún organismo 
multicelular (animal o planta) tolera una exposición por 
tiempos largos a temperaturas superiores a los 50 oC, ni se 
ha encontrado algún hongo o levadura, que tolere tempe-
raturas más arriba de los 60oC. 
 Los  cazadores modernos de microbios han hecho 
concreto el término metafórico De Kruif, para realizar ex-
pediciones  a  la  caza de microbios  en condiciones inhós-
pitas. Grupos de científicos de un gran número de países 
parten con destinos múltiples en búsqueda de organismos 
creciendo a  temperaturas extremas y con nuevas caracte-
rísticas fisiológicas: las  aguas termales del Parque Nacio-
nal de Yellowstone, los sedimentos geotérmicos y las aguas 
hirvientes de la isla Vulcano en Italia; los famosos geysers 
en Islandia; las chimeneas de corrientes hidrotérmicas en 
la profundidad de los océanos, de las cuales surgen fluidos 
supercalentados alcanzando temperaturas hasta de 350 oC 
con alto contenido de minerales. Desde todos puntos de 
vista es de sumo interés el conocer cómo es una bacteria 
35
que puede vivir a más de 100 oC, cómo es la estructura de 
las células, y en particular de sus proteínas. Una de las prin-
cipales limitantes de las proteínas en general, pero de las 
enzimas en particular (los catalizadores biológicos), es su 
baja estabilidad a la temperatura, ya que se destruyen con 
el calor, cambian su estructura y pierden su función. En 
este marco, la posibilidad de trabajar a altas temperaturas 
con proteínas estables es muy atractivo para la industria.
 Además, todo es más rápido con el calor (desde el 
punto de vista molecular y por lo tanto de la velocidad de 
reacción).  Uno de los primeros extremófilos aislados fue 
Thermus aquaticus, una bacteria encontrada en 1968 por 
Thomas Brock de la Universidad de Wisconsin en Yellows-
tone, y actualmente la fuente para producir una enzima 
muy útil en el análisis del material genético: la ADN poli-
merasa. La lista actual de hipertermófilos es muy larga, pero 
destaca Pyrococcus furiosus que crece a 105 oC y del cual se 
han purificado más de 30 enzimas que trabajan entre 90 y 
100 oC. 
 Otro extremófilo es  Metallospharea sedula que 
crece en medios muy ácidos y a 80 oC, y que además para 
hacerse de energía no requiere de azúcar o de un chocolate, 
sino que oxida fierro y azufre, dejando como residuo de su 
alimentación.... óxido de fierro. 
 Hay un dicho muy corriente que se usa para desta-
car a un grupo muy diestro en alguna actividad dentro de 
una determinada población y que dice: “entre ellos, el más 
chimuelo masca tuercas”. Aquí el dicho se aplica como ani-
llo al dedo.  Pero la marca  sin duda pertenece a  Pyrolobus 
fumarii, quizá salida de los mismísimos infiernos, ya que 
puede crecer a 113 oC, y logra sobrevivir a las condiciones 
usuales de esterilización. Pero, cosas de la vida celular: a 90 
oC no crece, le da frío. 
Historia de una lata contaminada
Si Pyrolobus fumarii o algún otro termófilo fuese un orga-
nismo común en nuestro habitat,  no sería remoto que con-
taminase con frecuencia nuestros alimentos pasteurizados 
o esterilizados. Afortunadamente, por extremoso, es leja-
no. Sin embargo, fue en un alimento esterilizado de donde 
Arthur Anderson, de la  estación experimental agrícola de 
Oregon en Corvallis, logró cazar  a otro microbio con más 
de dos millones de años de vida en el planeta: Deinococ-
cus radiodurans, superbacteria que debe su popularidad a 
una capacidad fuera de lo común para resistir la radiación 
ionizante empleada en la esterilización de alimentos. Para 
récord de Guinness, esta célula puede soportar hasta 3 mi-
llones de Rads, donde un Rad equivale a depositar un cen-
tésimo de Joule de energía mediante radiación ionizante en 
un kilogramo de tejido.  Baste señalar que de las terribles 
experiencias de las víctimas de Hiroshima y Nagasaki se 
sabe que una persona expuesta a una radiación de 500 a 
1000 Rads, moriría en un par de semanas. El secreto de 
esta bacteria estriba en la extraordinaria capacidad que 
tiene para reparar el ADN roto como consecuencia del 
bombardeo de electrones expelidos del agua por la radia-
ción gama. En el tiempo que una bacteria normal como 
E. coli repara 2 o 3 fragmentos rotos en su cromosoma, D. 
radiodurans repara 500. Esto lo hace no sólo gracias a la 
extraordinaria capacidad de la enzima que utiliza para la 
reparación, sino al hecho de tener entre 4 y 10 copias de 
su cromosoma, a diferencia de la mayoría de las bacterias 
que sólo cuenta con una. Siempre se ha especulado que de 
darse una guerra atómica, solo las cucarachas sobrevivi-
rían a la radiación. Ahora sabemos que no estarían solas, 
ya que D. radiodurans las acompañarían. Pero si tal guerra 
no ha tenido aún lugar,  ¿qué hizo a esta bacteria rosada 
36
con olor a col podrida evolucionar para hacerse resistente? 
Al tratar de contestar esta pregunta, investigadores de la 
Universidad Estatal de Louisiana, encabezados por John 
Battista encontraron que la capacidad de resistir la radia-
ción, está asociada a la capacidad para resistir condiciones 
de extrema sequía, ya que ésta provoca daños similares a 
los de la radiación. ¿Y esas condiciones extremas las en-
contró la bacteria en una etapa muy antigua de su vida en 
la Tierra? ó ¿quizá en un viaje interplanetario?, aunque 
no resiste más de 45 oC, por lo que habría tenido que usar 
para el viaje, como los humanos, una nave espacial. Al me-
nos no hay evidencias para descartar esa posibilidad so-
bre el origen de las primeras formas de vida en el planeta, 
que dicho sea de paso, ha sido propuesta por científicos 
de la talla de Watson, el descubridor de la doble hélice. 
 El conocimiento genético y fisiológico de 
D.radiodurans y de otras superbacterias permite por un 
lado, avanzar en el conocimiento sobre la estructura y el 
origen de las primeras formas de vida en el planeta, y al 
mismo tiempo se suma a las herramientas biotecnológicas 
de las que dispone el hombre para resolver problemas gra-
ves como lo es el de la contaminación ambiental. En con-
clusión, adaptando a las bacterias un bello proverbio indio: 
“pequeños seres, en pequeños lugares, han hecho -y siguen 
haciendo- pequeñas cosas que transforman al mundo”. 
37
¿A qué huele la tierra mojada?
Eunice Alejandra Zayas Del Moral
¿Alguna vez te has preguntado a qué se debe que cuando 
llueve “huele a tierra mojada”? Resulta que este caracterís-
tico olor se lo debemos a algunos microorganismos como 
Streptomyces coelicolor, una bacteria del grupo de los acti-
nomicetos cuya genética se estudia ampliamente, ya que 
tiene un metabolismo secundario complejo y es utilizado 
en la producción de antibióticos muy comunes como la es-
treptomicina y el ácido clavulánico.
 Ésta bacteria la podemos encontrar creciendo en el 
suelo, en donde hay vegetación descompuesta. Durante la 
época de sequía, estos actinomicetos producen esporas que 
son liberadas posteriormente con la humedad. Cuando la 
lluvia cae, el vapor de agua que se forma levanta la tierra 
que se respira como finas partículas que contienen a la 
bacteria, la cual produce un compuesto aromático llamado 
geosmina (palabra griega que significa “aroma de tierra”).
 Este compuesto fue detectado hace algunos años, 
gracias a la secuenciación del genoma de S. coelicolor, 
cuando al identificar y mutar el gen cyc2, que codifica para 
la germacradienol/geosmín sintasa, se dieron cuenta de 
que se perdía el olor. 
 Lo interesante es que este olor no solamente lo per-
cibimos nosotros en la tierra mojada, en el agua o en el 
vino, también es de vital importancia para los camellos, ya 
que es gracias al olor de la geosmina que pueden localizar 
agua a muchos kilómetros de distancia. Incluso, estudios 
recientes han detectado la presencia de este compuesto en 
cactus y algunas flores del Amazonas, ya que atrae a los 
insectos en busca de agua y permite la polinización. 
 En biotecnología, el estudio de la geosmina está 
resultando importante para eliminar su olor de este com-
puesto en la producción de vino y mejorar así su calidad. 
 Éste es sólo un ejemplo de lo interesantes que pue-
den ser los resultados arrojados por los estudios genómicos 
y biotecnológicos, pero aún hay mucho por descubrir. 
38
Y la protagonista de este film es...
¿una bacteria?
Eunice Alejandra Zayas Del Moral
Cuando escuchas la palabra film ¿qué te imaginas? Proba-
blemente lo primero que piensas es en una película, quizá 
una de acción, o de comedia, quizás una hollywoodense, o 
una de terror. Los films, o películas, se originaron cuan-
do alguien logró plasmar una secuencia de imágenes fo-
tográficas tomadas por una cámara, y reproducirlas en un 
proyector cinematográfico. A partir del comienzo de este 
arte se pudo dar mayor difusión al trabajo de actores y ac-
trices, muchos de ellos grandes protagonistas. Pero en esta 
ocasión quiero platicarte de otro tipo de films, unos que 
en ocasiones necesitan una pantalla más particular para 
ser vistos, ya que las protagonistas son un poco divas y no 
siempre se dejan ver fácilmente: los biofilms.
 ¿Qué es un biofilm? Un biofilm es una asociación 
de microorganismos (de igual o diferente especie) que 
puede ser encontrada en un sin fin de lugares. Ser miembro 
de uno de estos grupos de organismos unicelulares no es 
una cosa trivial, ya que las bacterias que lo conforman su-
fren cambios importantes en su estructura y metabolismo 
para poder pasar de su vida en solitario a formar parte de 
esta comunidad. Para esto, el grupo de microorganismos 
se organiza con el fin de comunicarse a través de canales 
que se encuentran entre ellas, los cuales se forman alre-
dedor de las células, en una matriz extracelular formada 
por exopolisacáridos, o sea, están rodeadas por azúcares 
producidos por las mismas bacterias y enviados al exterior 
para formar dicha envoltura. A través de estos canales, las 
bacterias comparten agua, enzimas y nutrientes, forman-
do realmente toda una interesante sociedad cooperativa, 
en donde la comunicación está mediada por compuestos 
químicos muy particulares que científicamente se conocen 
como quorum sensing. Estas señales son las que se encar-
gan de regular la expresión de genes que les permiten vivir 
en su comunidad.
 ¿Dónde y cómo podemos ver estos biofilms? Están 
presentes en muchos lugares, algunos tan comunes como 
tus dientes, en el agua, en la capa superficial de la salsa de 
los tacos, o incluso, las más impresionantes, a través de 
imágenes satelitales emitiendo bioluminiscencia en el mar. 
A continuación te platicaremos un poco más de un caso 
particular.
Vibrio harveyi y el mar lechoso
Imagina que eres el encargado de analizar las fotografías 
tomadas desde uno de los satélites que siguen su órbita al-
rededor de la Tierra. ¿Qué observas? Es un paisaje noctur-
no: luces, muchas luces, cúmulos salpicados por los distin-
tos continentes, una vista muy impresionante, muestra de 
cómo la población ha logrado conectar redes enormes no 
sólo de electricidad, sino también de comunicación a pe-
sar de las distancias. Continúas observando las imágenes, 
y de repente, en la oscuridad del océano, te encuentras con 
una mancha luminosa y enorme, que, por la distancia a la 
que se encuentra el satélite, debe abarcar varios kilómetros 
para poder ser vista desde esa altura. ¿Qué es eso?
 Éste fue el caso de una imagen tomada por un sa-
télite hace algunos años al noreste del Océano Índico: la 
imagen mostraba una mancha luminosa con un área de 
aproximadamente 15,400 km2  de área. A este fenómeno le 
llamaron “océanos lechosos”, dada la apariencia que mues-
tran, e incluso, también ha sido reportado por marineros 
que lo han observado durante sus travesías nocturnas des-
de hace cientos de años. 
39
 Para estudiar el fenómeno fue necesario que in-
tervinieran biólogos marinos y microbiólogos para poder 
entenderlo, llegando a la conclusión de que este fenómeno 
es producido por colonias de bacterias asociadas a micro 
algas en la superficie de las aguas.  El personaje principal 
es una bacteria Gram negativa (cuya característica es que 
poseen una membrana externa de lipopolisacáridos y una 
membrana citoplasmática interna) conocida como Vibrio 
harveyi, la cual tiene la habilidad de emitir bioluminiscen-
cia cuando se encuentra formando poblaciones grandes, 
es decir, cuando hay presencia de las señales de quorum 
sensing previamente mencionadas. Este fenómeno tiene 
implicaciones muy importantes a nivel ecológico, ya que 
al formar parte de poblaciones tan grandes pueden llegar a 
ser virulentas al producir algunas señales de defensa dañi-
nas para algunos animales marinos. 
Para saber más:
www.biofilmsonline.com
http://biolum.eemb.ucsb.edu/organism/milkysea.html
 
Imagen de satélite donde se observa un biofilm de Vibrio harveyi 
(Imagen: Steven D. Miller)
(Ver imagen a color en páginas centrales)
40
Bacterias constructoras
Eunice Alejandra Zayas Del Moral
Laguna de Alchichica (Imagen: Carlos Lázaro)
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Las cianobacterias son un grupo diverso de bacterias, ca-
paces de llevar a cabo el proceso de fotosíntesis. Estos mi-
croorganismos están presentes en la tierra, el mar y otros 
lugares húmedos, y son importantes ya que algunos miem-
bros de esta familia son los responsables del 25% de la fo-
tosíntesis que ocurre en el planeta. 
 Además, estas bacterias son de gran importancia 
en estudios evolutivos, ya que, de acuerdo a la teoría endo-
simbiótica propuesta por Lynn Margulis, se sugiere que son 
las que dieron origen a los cloroplastos, al internalizarse en 
otra célula procariota. Por otra parte, se han encontrado 
restos fósiles muy antiguos, los cuales nos han dado pistas 
de la antigüedad de sus orígenes. Sin embargo, en esta oca-
sión te vamos a contar de otro dato interesante acerca de 
ellas, de lo cual pocos han platicado: su papel como cons-
tructoras.
 ¿Alguna vez has considerado que las bacterias pue-
den construir y modificar parte del paisaje? Si te dijéramos 
que son capaces de construir montañas, ¿lo creerías? Exis-
te un proceso conocido como biomineralización. La biomi-
neralización es la producción de minerales mediada por 
organismos vivos. No todos son capaces de efectuar este 
proceso, sin embargo podemos encontrar algunas especies 
que lo hacen a lo largo de todos los reinos. Los minerales 
producidos más comúnmente por organismos vivos son 
silicatos, carbonatos y fosfatos de calcio.
Laguna de Alchichica (Imagen: Carlos Lázaro) 
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Investigaciones recientes han encontrado que uno de los 
grupos capaces de producir carbonatos de calcio son las 
cianobacterias, y ¿adivina dónde las descubrieron? En Mé-
xico. Existe una laguna en el estado de Puebla conocida 
con el nombre de Alchichica. Esta laguna tiene formacio-
nes blancas muy características por todo el borde, las cua-
les son producto de acumulaciones amorfas de carbonato 
de calcio, magnesio, estronio y bario de aproximadamente 
270 nanómetros de diámetro en promedio, cuyo mecanis-
mo de formación no había sido reportado hasta hace muy 
poco tiempo. 
 Este grupo de bacterias se agrupo dentro del orden 
de las Gloeobacterales, y han abierto una nueva puerta al 
41
estudio de los microorganismos que participan en los pro-
cesos de biomineralización. Su estudio es de gran relevan-
cia, ya que productos como éstos pueden ser empleados en 
biomedicina y biomecánica. 
 La próxima vez que veas un paisaje mineral inte-
resante, piensa que parte de él puede haber provenido de 
constructores microscópicos que viven en los alrededores.
 
Laguna de Alchichica (Imagen: Miguel Ángel Rojas)
(Ver imagen a color en páginas centrales)
42
 Las bacterias y la atmósfera 
Ximena Bonilla
Las bacterias son las reinas de la Tierra. Se encuentran 
prácticamente en todas las superficies y lugares que te pue-
das imaginar. ¿Quién hubiera pensado que serían también 
las reinas del cielo?
Pues sí, muchísimas bacterias están suspendidas en el 
aire, como pasajeras de moléculas de polvo o de otras 
partículas que se encuentran en la atmósfera o bien, 
suspendidas por sí mismas. Pero, ¿Qué tantas bac-
terias hay en el aire a altas altitudes? Son sólo unas 
cuantas que flotan por ahí esperando caer de nue-
vo a la superficie terrestre o hay en realidad muchas? 
 Para responder a estas y otras preguntas, La NASA1 
recolectó en el 2010 muestras de aire a altitudes de entre 8 
y 15 Km sobre la superficie del Golfo de México y el Caribe 
con el objetivo de estudiar la cantidad de bacterias que flo-
tan en la atmósfera, pues el rol que estos microorganismos 
juegan en la formación de nubes y tormentas podría ser de 
gran importancia.
Se tomaron muestras antes, durante y después del paso de 
los huracanes Earl y Karl, y las partículas encontradas se 
analizaron mediante técnicas moleculares en el laboratorio. 
 Los resultados de este estudio fueron recientemen-
te publicados en revistas científicas y fue sorprendente en-
contrar que el 20% de todos los sólidos encontrados en las 
muestras de aire, eran bacterias.
En total, 314 tipos distintos de bacterias2 fue-
1 National Aeronautics and Space Administration. La NASA es la rama del 
gobierno estadounidense encargada del programa de exploración espacial y de 
investigación en esta área.
2 Deleon-Rodriguez N, Lathem TL, Rodriguez-R LM, Barazesh JM, Anderson 
BE, Beyersdorf AJ, Ziemba LD, Bergin M, Nenes A, Konstantinidis KT. 
ron encontradas en las muestras. Podrás pensar que, 
por ejemplo, los huracanes contienen gotas de agua 
levantadas del océano y que por lo tanto, el núme-
ro de bacterias encontradas durante el paso de los hu-
racanes fue mayor que el de antes y después de su paso. 
 Pues es verdad que las muestras de aire tomadas 
durante los huracanes contenían un porcentaje relativa-
mente mayor de bacterias marinas que el recolectado antes 
o después de éstos, pero el número neto de bacterias no fue 
muy distinto al encontrado antes o después del paso del 
huracán. De manera increíble, en las muestras de aire de 
huracán también se encontraron bacterias que se origina-
ron en muchísimos otros hábitats, como selvas o desiertos. 
 Además, fue igualmente interesante encontrar en 
las muestras de huracanes bacterias del mismo género de 
algunos patógenos como E. coli o S. aureus, que se asocian 
a enfermedades en humanos. Al analizar estos hallazgos, a 
los expertos les parece que esto también tiene sentido por-
que ambos huracanes pasaron sobre zonas altamente po-
bladas de la Tierra y no es de sorprenderse que, dentro del 
polvo que se llevaron consigo, había bacterias patógenas. 
 Gracias a los servicios de meteorología y de mo-
nitoreo del clima, fue posible seguir la ruta de las corrien-
tes de aire antes, durante y después de los huracanes. Esto 
permitió confirmar el origen de los microorganismos 
identificados en el estudio, corroborando así que bacterias 
australianas viajaban sobre el golfo de México al igual que 
bacterias mexicanas y egipcias.
Los microbios de la atmósfera, ¿se en-
cuentran flotando en cantidades suficientemen-
te importantes para afectar el medio ambiente? 
Microbiome of the upper troposphere: Species composition and prevalence, 
effects of tropical storms, and atmospheric implications. Proc Natl Acad Sci U S 
A. 2013 Feb 12;110(7):2575-80. doi: 10.1073/pnas.1212089110. PubMed PMID: 
23359712.
43
 Pues fíjate que sí. Las bacterias de la atmósfera 
participan en la formación de cristales de hielo y favore-
cen la condensación de la humedad para generar nubes. 
 El proceso por medio del cual participan en es-
tos fenómenos se llama nucleación y sucede cuando go-
tas pequeñas de líquido se adhieren alrededor de una 
partícula que actúa como “núcleo” para después formar, 
dependiendo de la temperatura y de otras condicio-
nes atmosféricas, gotas de lluvia, granizo o nieve. Estas 
partículas pueden ser de orígenes muy variados, sien-
do las más comunes las del polvo y las de arenas finas. 
 De hecho, uno de los núcleos más eficientes 
que existen, capaz de formar cristales de hielo a tem-
peraturas consideradas altas para este fenómeno, es 
una bacteria llamada Pseudomonas syringae3. Se cree 
que esta bacteria es tan efectiva para la formación de 
cristales gracias a proteínas de su membrana celular 
que son ideales para atraer agua, lo cual facilita la for-
mación de gotas alrededor de este microorganismo. 
 En las partes más altas de la atmósfera, donde el 
polvo es raro, las bacterias podrían ser los principales ca-
talizadores de la nucleación para la formación de nubes, 
lluvia, nieve y hielo y, por lo tanto, la cantidad y tipo de 
bacterias que se encuentren suspendidas en la atmósfera 
sobre un determinado lugar o en un determinado periodo 
del año, podría influenciar de manera importante el clima 
de esa región de nuestro planeta.
La rama de la microbiología que estudia este tipo de 
fenómenos se llama aerobiología, y su principal objetivo era, 
hasta hace muy poco tiempo, explorar la diversidad, abun-
3 Bauer, H., H. Giebl, R. Hitzenberger, A. Kasper-Giebl, G. Reischl, F. 
Zibuschka, and H. Puxbaum,
Airborne bacteria as cloud condensation nuclei, J. Geophys. Res., 108(D21), 
4658, doi:10.1029/2003JD003545, 2003.
dancia y transporte de microorganismos en la atmósfera. 
 Gracias a investigaciones recientes, como las que 
hemos mencionado en párrafos anteriores, el enfoque de 
la aerobiología ha cambiado en los últimos años. Aho-
ra, el transporte de bacterias por el aire se ve como un 
fenómeno activo, con consecuencias interesantes para 
el clima y otros procesos atmosféricos e incluso para las 
mismas bacterias, pues su viaje por la atmósfera podría 
estar relacionado con su multiplicación y ciclo de vida. 
 El reto que esta área de la ciencia tiene aho-
ra, es la colaboración con otras ramas como la físi-
ca, la meteorología, la agronomía e incluso la explo-
ración espacial y atmosférica, para mejorar el cono-
cimiento que tenemos sobre las bacterias y sus pro-
piedades no sólo biológicas, sino físico-químicas. 
 Tal vez en un futuro, mediante el adecuado mane-
jo de las bacterias que flotan en la atmósfera,  podremos 
hacer llover o nevar cuando queramos, sin necesidad de 
ofrecer sacrificios a Tláloc.

45
De bacterias y plantas
Bacillus thuringiensis. Imagen: Leivi Clara Portugal
(Ver imagen a color en páginas centrales) 
Sabías que…
Las plantas leguminosas pueden comunicarse a nivel mole-
cular con las bacterias del suelo de la familia Rhizobia .
La bacteria Rhizobium radiobacter, es capaz de infectar 
plantas, produce tumores que liberan opinas. Estas sustan-
cias les sirven de alimento a las bacterias.

47
Las bacterias del suelo y su enorme contri-
bución al bienestar de las plantas: una his-
toria de ayuda mutua 
Luis Cárdenas Torres
Las bacterias del suelo constituyen una enorme comunidad 
de la cual sabemos poco, pero reconocemos que represen-
tan una contribución ambiental muy importante. Antes de 
entrar en detalle, debemos entender dos cosas: las plantas 
no son sólo lo que vemos a simple vista, es decir, la parte 
aérea, sino que también están compuestas por otra parte 
que es mucho más grande y muy importante, me refiero a 
la raíz. Una planta lleva un estilo de vida sésil, esto es no se 
mueve del lugar donde germinó y se arraigó, a menos que 
alguien llegue y la trasplante. Por lo tanto, la planta tiene 
que adaptarse a un área limitada de suelo donde habrá de 
echar sus raíces y obtener los nutrientes que la harán cre-
cer. Sin embargo, obtener nutrientes del suelo no es una 
tarea fácil, y es ahí donde entran en escena nuestras amigas 
las bacterias. La presencia de las bacterias en el suelo es 
algo tan importante que hoy día no podríamos entender la 
vida sobre el planeta sin esta relación entre las plantas y los 
microorganismos del suelo. Existen bacterias que promue-
ven o estimulan el crecimiento y desarrollo de las plantas, 
y esto constituye un enorme campo de estudio. Es una área 
tan importante que mantiene ocupados a microbiólogos, 
agrónomos, biólogos, ecólogos, botánicos, taxónomos y 
biotecnólogos. Esto sin duda radica en la capacidad que 
tienen las bacterias del suelo para asociarse con las plantas 
en la zona de la rizosfera (zona de la raíz); la región bajo 
el suelo que comprende la parte de la raíz de la planta que 
está en contacto directo con el suelo y que tiene la capaci-
dad de cambiar las condiciones para favorecer la forma-
ción de una microbiota adecuada para su desarrollo. Sin 
embargo, la vida para las bacterias bajo estas condiciones 
no es del todo fácil y deben contar con todo un arsenal mo-
lecular para contender con las reglas del juego, incluyendo 
su relación con otras bacterias que son patógenos de las 
raíces de las plantas y esto vamos a abordarlo más adelante.
De qué le sirven las bacterias a una planta, y cómo dos o 
tres son mejor que uno
Durante las últimas décadas, la agricultura extensiva se ha 
basado en la utilización de cantidades industriales de ferti-
lizantes y pesticidas. Este hecho es un cambio notable que 
surgió como el resultado de la necesidad de alimentar a 7 
mil millones de personas, y se cree que para el 2020 serán 
8 mil millones. Sin embargo, el uso intensivo de los agro-
químicos también nos ha traído algunas desventajas, como 
la resistencia de los patógenos a los químicos utilizados, y 
la contaminación del ambiente. De tal manera que hoy día 
tenemos muchas plagas o enfermedades en las plantas ante 
las cuales los agentes químicos son pobremente efectivos. 
No obstante, está emergiendo el control biológico o mé-
todo agrícola de control (contra insectos, ácaros, malezas, 
enfermedades de las plantas, etc.) que usa depredadores, 
parásitos, herbívoros u otros medios naturales, como los 
microorganismos, para combatirlos. Este método se usa no 
como una solución única sino que puede complementar 
en gran medida las prácticas de cultivo actuales para redu-
cir el uso de químicos en la agricultura y tener un mane-
jo agrícola más amigable con el ambiente. De esta manera 
los microorganismos, lejos de ocasionarnos problemas, 
nos ayudan a generar estrategias de alianza para comba-
tir a otros microorganismos no deseables o patógenos. Por 
otro lado, también contamos con los microorganismos que 
48
proporcionan a la planta muchos de los nutrientes y mi-
nerales que requieren obtener del suelo para un desarro-
llo óptimo, esto incluye a las bacterias que fijan nitrógeno, 
fosfato, hierro, etc., en una forma asimilable para la planta. 
 Hoy sabemos que la cantidad de desechos que he-
mos generado afecta la calidad del suelo y rebasa en gran 
medida la capacidad de las plantas y los microorganismos 
para recuperar áreas contaminadas con diferentes agentes 
tóxicos, como metales pesados, hidrocarburos, compues-
tos radiactivos, etc. Sin embargo, estamos a tiempo para 
poder generar nuevos enfoques que nos permitan revertir 
este pronóstico catastrófico. Esto requiere de áreas de in-
terés actual como la fito-remediación (uso de las plantas 
para recuperar suelos o mantos de agua contaminados); es 
decir, tanto las plantas como las bacterias en la zona de la 
rizósfera ofrecen un enorme potencial para poder concen-
trar o almacenar, incluso biodegradar muchos de los con-
taminantes. Es claro que las plantas sin las bacterias ten-
drían menores posibilidades de crecer y desarrollarse en 
ambientes poco favorables.
Bacterias promotoras del crecimiento de las plantas
Existen bacterias que mantienen una relación muy exitosa 
con las plantas y que sin mayor problema las estimulan para 
que aumenten el tamaño de su raíz. Este aumento resulta de 
gran importancia para la planta, ya que le permite tener una 
mayor superficie de absorción de nutrientes. Tales bacterias 
se conocen como bacterias promotoras del crecimiento ra-
dicular. Sin embargo, la vida en la rizósfera no es tan fácil 
y este nicho tiene que ser compartido entre bacterias, hon-
gos, actinomicetos, protozoarios y algas. Las bacterias son 
sin duda las más abundantes y pueden contarse entre 108 o 
109 células por cada gramo de suelo, sin duda alguna, una 
inmensidad de bacterias y de las cuales solamente hemos 
podido cultivar muy pocas especies. El tipo de bacterias 
que podemos encontrar en los diferentes suelos está de-
terminado por varios factores como la temperatura, el tipo 
de plantas que crecen o el tipo de suelo; algunos suelos son 
ricos en sales, otros en hierro, algunos otros son muy secos 
y otros muy húmedos. Si tuviéramos que estudiar la abun-
dancia de bacterias en una zona árida, sin duda alguna, la 
mayor concentración se encontraría en la rizósfera de las 
pocas plantas que ahí proliferan. Esto se debe a que, en la 
zona de la raíz, las plantas secretan una gran cantidad de 
azúcares, aminoácidos, ácidos orgánicos y otros exudados 
que pueden ser utilizados por las bacterias como fuente de 
nutrientes. Por último, independientemente del número de 
bacterias, éstas pueden tener un impacto sobre la raíz de 
tres maneras: pueden ser dañinas, benéficas o indiferentes. 
 El efecto benéfico de las bacterias estimulado-
ras del crecimiento radicular depende de su habilidad 
para asociarse con la raíz, ayudar a la planta a sobrevi-
vir y mantener un estado de desarrollo sano, inclusive 
en condiciones desfavorables como la sequía, salinidad 
o falta de nutrientes. Por ejemplo, estas bacterias pue-
den facilitar la sobrevivencia al proporcionar a la plan-
ta nitrógeno fijado, es decir asimilable, o bien fósforo, 
que también resulta indispensable para su desarrollo. 
 Durante los últimos 35 años, se ha intensificado 
el estudio de una bacteria de vida libre: Azospirillum. La 
interacción que establece Azospirillum con las plantas es 
sin duda uno de los mayores logros de la agricultura sus-
tentable. Se propone que la bacteria puede mejorar el cre-
cimiento de las plantas por la secreción de una o múltiples 
fitohormonas (moléculas que promueven o inhiben el cre-
cimiento de la planta), por la fijación del nitrógeno, por 
el aumento en la actividad de membranas, por la toma y 
49
movilización de agua y minerales, o inclusive por la dismi-
nución del estrés ambiental. También resulta de gran inte-
rés que Azospirillum puede controlar la proliferación de 
bacterias nocivas para la planta (fitopatógenos). El efecto 
benéfico de la bacteria sobre las plantas puede ser acumu-
lativo, pues un suministro extra de nitrógeno fijado por la 
misma bacteria y proporcionado a la planta, garantiza un 
crecimiento sano y vigoroso que se resume en plantas con 
un mejor estado de desarrollo, mejores hojas o frutos y por 
lo tanto mejor rendimiento agrícola. 
Cómo las bacterias estimulan el crecimiento de la raíz 
de una planta
Existen varias formas de estimular el crecimiento de una 
raíz, pero veamos en detalle cómo se logra. El nitrógeno es 
sin duda uno de los elementos más importantes para el de-
sarrollo de las plantas, y su ausencia limita de manera muy 
drástica el crecimiento. Consideremos que todas las células 
necesitan proteínas. Un ejemplo son las enzimas, que son 
proteínas con una actividad particular dentro de la célula y, 
mientras nosotros leemos este párrafo, en nuestro cuerpo 
se llevan a cabo cientos de reacciones químicas ejecutadas 
por enzimas que nos permiten ver, pensar, mover los ojos 
y las manos. En una planta sucede lo mismo, la mayoría 
de las funciones celulares dependen de las enzimas. Por 
ejemplo, aunque que no sea visible a simple vista, las plan-
tas orientan sus hojas con respecto al sol, hacen crecer sus 
raíces hacia las fuentes más seguras de agua, abren y cie-
rran sus estomas (células diferenciadas en la superficie de 
las hojas que permiten el intercambio de gases como oxi-
geno y CO
2
 en las plantas) para evitar la pérdida de vapor 
de agua de manera innecesaria durante el día, y además 
tienen que realizar muchas divisiones celulares para hacer 
crecer los órganos y tejidos. Pues bien, las enzimas que 
ayudan en estas tareas, están constituidas por aminoáci-
dos y el nitrógeno es un elemento estructural indispensable 
para el funcionamiento de éstos: en ausencia de nitrógeno 
las plantas se desarrollarían de manera raquítica.
 Afortunadamente en la naturaleza existen bacte-
rias de la familia Rhizobia que se asocian a la raíz de las 
plantas leguminosas y que tienen la capacidad de asimi-
lar el nitrógeno atmosférico que transforman en amonio, 
el cual puede ser asimilado por la planta y transformado 
en aminoácidos, proteínas y bases nitrogenadas. Estos úl-
timos son elementos estructurales del ADN (ácido desoxi-
rribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), los complejos 
macromoleculares en los cuales se almacena la informa-
ción genética. De esta manera, podemos entender la con-
tribución colosal que puede tener un microorganismo 
al bienestar de una planta y cómo la bacteria también se 
puede beneficiar al obtener fuentes de carbono, como azú-
cares, que le permiten crecer de una mejor manera en el 
suelo. Las bacterias de la familia Rhizobia pueden fijar el 
nitrógeno atmosférico porque tienen una enzima que se 
le denomina nitrogenasa. Esta enzima es capaz de tomar 
el nitrógeno atmosférico y fijarlo en amonio, un proceso 
que el hombre sólo puede hacer a nivel industrial en altas 
temperaturas y quemando grandes cantidades de petróleo, 
un producto que es no renovable. Durante muchos años ha 
existido un enorme interés por aumentar la actividad de la 
enzima nitrogenasa de las bacterias, o incluso, aislar todos 
los genes que codifican para todas las proteínas involucra-
das en la fijación de nitrógeno e introducirlas en las plan-
tas no leguminosas como el maíz, trigo o arroz para que 
puedan ahora fijar su nitrógeno de manera independien-
te. Sin embargo, esta idea sigue siendo un sueño a largo 
plazo, pero bien vale la pena dedicarle mayores esfuerzos. 
50
 Existen otras formas directas con las cuales los 
microorganismos promueven el desarrollo en las plan-
tas, por ejemplo la absorción del fósforo, que es impor-
tante para el crecimiento y mantenimiento de las funcio-
nes celulares. Por ejemplo, el ATP, la moneda de cambio 
energético de la célula, está constituido por fosfato. Exis-
ten bacterias que ayudan a solubilizar el fosfato presente 
en el suelo para que las raíces lo tomen más fácilmente, 
no obstante, los resultados en campo no han sido tan es-
pectaculares y sólo se vuelven significativos cuando se 
mezclan con bacterias que fijan nitrógeno. Esto nos hace 
pensar que aún hay muchas cosas que aprender, y que 
dos microorganismos promotores del desarrollo pue-
den actuar de manera sinérgica y ser mejor que uno. 
 Por otro lado, el hierro es un elemento importante 
para el crecimiento de las plantas. Este elemento ayuda a 
las plantas a mantener un color, tamaño y vigor. Cuando 
las plantas sufren la deficiencia de hierro, las hojas se tor-
nan amarillentas, blancas o rojizas y las hojas nuevas que 
emergen son muy pequeñas. Hay que recordar que la ferre-
doxina, un componente clave de la fotosíntesis de las plan-
tas, también requiere de hierro para su funcionamiento co-
rrecto. Por otro lado, el hierro también resulta indispensa-
ble para el desarrollo de todo microorganismo, incluyendo 
los presentes en la zona de la rizósfera, de tal modo que 
las bacterias se han valido de la secreción de moléculas de 
bajo peso molecular que se denominan sideróforos. Estos 
sideróforos capturan al hierro y lo transportan al interior 
de la bacteria a través de receptores que se encuentran en 
su membrana y que unen con gran afinidad el complejo 
hierro-sideróforo. La ventaja de los sideróforos es que pue-
den servir también como donadores de hierro a las plantas 
y promover su crecimiento y buen desarrollo. De hecho, la 
alta competitividad que se da entre las bacterias del suelo 
estriba en la capacidad de utilizar los mejores mecanismos 
que les permitan competir por la fuente de hierro. Existen 
alrededor de 500 diferentes sideróforos, y la versatilidad 
para utilizarlos define la comunidad bacteriana que tiene 
mejores posibilidades de instalarse en la zona radicular. 
 Las plantas necesitan de las fitohormonas así como 
también nosotros necesitamos hormonas para poder cre-
cer, desarrollarnos y realizar muchas de las funciones de 
nuestras células. Las células de la planta necesitan saber 
cuándo alargarse, dividirse, o responder ante un estímulo. 
Por ejemplo, Azotobacter y Rhizobium tienen la capacidad 
de producir citocininas y giberelinas, dos fitohormonas ve-
getales que pueden actuar como promotoras del crecimien-
to de la planta. Sin embargo, existen bacterias patógenas 
que también las producen, pero en mayor concentración e 
inducen una respuesta opuesta, que se resume en una inhi-
bición del crecimiento. Esto nos demuestra que los niveles 
producidos resultan muy importantes para desencadenar 
un efecto positivo o negativo en el desarrollo de la planta. 
 Por otro lado, las bacterias también tienen la ca-
pacidad de producir ácido indolacético, una molécula que 
actúa igual que la fitohormona auxina. Esta fitohormona 
afecta de manera notable la división celular, la elongación 
y la diferenciación. Además, también está relacionada con 
la germinación de la semilla, desarrollo de la raíz, la regu-
lación de la respuesta a la luz y gravedad, así como con pro-
cesos de fotosíntesis. Sin duda alguna, el ácido indolacético 
producido por las bacterias tiene un efecto promotor del 
desarrollo de la planta a las concentraciones adecuadas. 
 Finalmente, las bacterias del suelo también tienen 
la capacidad de regular los niveles de etileno (otra fitohor-
mona) en la planta, que es una molécula simple con activi-
dad biológica fácilmente observable. Esta hormona afecta 
el crecimiento de las plantas, la maduración de los frutos, la 
51
floración, la germinación, la caída de las hojas, la síntesis de 
otras hormonas e inhibe la interacción de la raíz con bac-
terias del suelo que fijan nitrógeno, como Rhizobium. Las 
bacterias han adquirido la capacidad de expresar un gen 
que codifica para una proteína y que se denomina 1-amino-
ciclopropano-i-carboxilato (mejor conocido como ACC) 
deaminasa. En resumen, la ACC deaminasa toma el etileno 
y lo degrada, esto resulta en la capacidad para disminuir los 
niveles de etileno en las plantas y evitar así el efecto inhibito-
rio que éste pueda ejercer sobre el desarrollo de la raíz o in-
cluso favorecer los procesos de nodulación por rhizobium. 
 En los párrafos anteriores se mencionó que mu-
chas de las bacterias benéficas son muy eficientes para con-
trolar la proliferación de microorganismos patógenos, in-
cluyendo los hongos ¿cómo lo hacen? Se sabe que muchas 
bacterias son buenas para producir toda una serie de an-
tibióticos, y de esta manera pueden limitar el crecimiento 
de patógenos. Sin embargo, también pueden producir una 
gran cantidad de enzimas como las quitinasas, celulasas, y 
glucanasas que pueden afectar la pared celular tanto de las 
bacterias como de los hongos. También producen otras en-
zimas como proteasas y lipasas que afectan la pared celu-
lar de bacterias patogénicas. Esto, a corto plazo, constituye 
una gran herramienta por el potencial para complementar 
la agricultura intensiva. Además, existe otro gran potencial 
de las bacterias para utilizarlas en la agricultura sustentable 
y consiste en la propiedad intrínseca de muchas de ellas 
para estimular los mecanismos de defensa de la planta sin 
llegar a dañarla; esto se conoce como resistencia sistémica 
inducida: de alguna manera la información se queda en la 
memoria de la planta desde la semilla, lo que permite en un 
futuro inducir una respuesta efectiva e inmediata ante un 
patógeno real, esto es el equivalente a la inmunización que 
las personas adquieren durante la niñez y que las mantie-
nen protegidas mucho tiempo después ante la respuesta a 
un virus o bacteria.
El suelo que rodea esta zona constituye un terreno alta-
mente disputado por los microorganismos que ahí habitan 
valiéndose de mecanismos moleculares que le permiten in-
hibir el desarrollo de los patógenos, o asimilar los nutrien-
tes del suelo de una manera más eficiente. Todo esto sin ol-
vidar la relación estrecha que tienen las bacterias promoto-
ras del crecimiento para preservar el bienestar de la planta 
huésped, quien proporciona los nutrientes necesarios para 
facilitar la vida en el suelo. Si consideramos los millones de 
microorganismos que habitan en un gramo de suelo, segu-
ramente reconsideraremos el valor que tiene este pedazo 
de tierra desde el punto de vista de microbiología de suelos 
y lo mucho que aún tenemos que aprender de esto. 
Las plantas leguminosas pueden comunicarse a nivel 
molecular con las bacterias del suelo de la familia Rhi-
zobia
Las bacterias del suelo han evolucionado de manera con-
junta con sus plantas huéspedes al grado de que los sistemas 
de comunicación se han hecho cada vez más sofisticados. 
Por ejemplo, una de las asociaciones mutualistas (en las 
52
cuales cada participante se ve beneficiado) muy importan-
tes es la que se da durante la simbiosis que se establece en-
tre una leguminosa y una bacteria del genero Rhizobium. 
Esta relación llega a ser altamente específica, de tal manera 
que una especie de Rhizobium puede interaccionar con 
una especie de una leguminosa huésped. Para iniciar este 
diálogo o comunicación entre la bacteria y el huésped, la 
planta secreta moléculas que le permiten atraer a las bacte-
rias a la zona de la rizósfera, este proceso se llama quimio-
taxis. Cuando la bacteria llega a la rizósfera, empieza a pro-
liferar y produce moléculas señales para comunicarle a la 
planta que ya está ahí. Cuando este intercambio de señales 
entre la planta y la bacteria se establece, la planta permite 
que la bacteria pueda ingresar a las células de la planta, ge-
nerando un nicho adecuado. Este nicho está formado por 
una estructura que se conoce como nódulo dentro del cual 
se encuentran células especializadas donde las bacterias vi-
ven en forma de simbiosomas, pequeñas agrupaciones de 
bacterias rodeadas por una membrana común. Dentro de 
estos simbiosomas la bacteria puede instalarse y adquirir 
la capacidad de un simbionte, es decir un microorganismo 
capaz de expresar toda una serie de genes que codifican 
proteínas que le permiten a la bacteria fijar el nitrógeno 
atmosférico que será utilizado por la planta. La planta a 
su vez, recompensará a la bacteria proporcionándole una 
fuente de alimento para su crecimiento. Sin duda alguna 
para la bacteria resulta de gran ayuda tener una fuente se-
gura de nutrientes y para la planta una fuente segura de 
nitrógeno fijado. Este tipo de asociación tiene una gran 
relevancia actual, sin embargo, es un conocimiento que 
nuestros mismos ancestros agricultores lo supieron explo-
tar desde hace mucho tiempo. Así lo demuestra el hecho 
de que nuestros antepasados fueron verdaderos maestros 
de la rotación de los cultivos. Esto consistía en sembrar 
durante una temporada plantas leguminosas como el fri-
jol u otras leguminosas (una planta que puede enriquecer 
el suelo con nitrógeno) y posteriormente un cultivo como 
el maíz (un gran consumidor de nitrógeno). Esto permitía 
restablecer las condiciones óptimas del suelo, algo que sin 
duda alguna se convirtió en una regla. Hoy día, muchos de 
estos principios básicos se han perdido y los monocultivos 
tienden a empobrecer en gran medida los suelos, por lo 
que es importante retomar mucho de lo que ya sabíamos 
y de lo que se sabe hoy día sobre como los microorganis-
mos del suelo pueden ayudar a mejorar nuestros cultivos. 
Actualmente existen varias compañías que se dedican a 
fabricar bioinoculantes o biofertilizantes que no son otra 
cosa que cultivos de bacterias benéficas, de una o varias 
especies que se sabe que mejoran la productividad de las 
cosechas. Debido a que su base son microorganismos vi-
vos estos se denominan bioinoculantes y la industria del 
cultivo de la soya, por ejemplo, está ampliamente benefi-
ciada por el desarrollo de estas biotecnologías. En México 
también contamos con pioneros en esta área y el Dr. Jesús 
Caballero, investigador del Centro de Ciencias Genómicas 
de la Universidad Nacional Autónoma de México fue un 
promotor importante en el desarrollo de esta tecnología en 
México. Sin duda alguna, ésta constituye un área de la que 
muy pronto habremos de impulsar más para un mejor uso 
integral de nuestros suelos agrícolas.
53
Imágenes proporcionadas por el autor.
Nódulos simbiótiocs en raíces de P. vulgaris (frijol) Imagen: 
Neftaly Cruz
(Ver imagen a color en páginas centrales)
54
Agrobacterium tumefaciens y el hombre 
araña
Alfonso Sierra Sarabia
La bacteria A. tumefaciens, recientemente cambiada de 
nombre y apellido a Rhizobium radiobacter, es un orga-
nismo habitante del suelo. La bacteria es capaz de infectar 
plantas y alterar la producción de nuevas células en el teji-
do infectado para finalmente formar un tumor en la planta.
 El tumor secreta unos complejos químicos deno-
minados opinas que sirven de alimento para la bacteria. 
Éste organismo se ha vuelto un protagonista en el trabajo 
de la biología experimental debido a algunas característi-
cas que se describen más adelante. 
 Pero antes quiero preguntarte algo; ¿viste la pelícu-
la “El hombre araña”?, o ¿has leído la historieta? Bien, sí lo 
has hecho, recordarás que las habilidades del joven Parker 
fueron obtenidas en un laboratorio después de ser mordi-
do en la mano por una araña mutante.
 La mutación es una alteración del código genético 
de un organismo, y puede ocurrir por diversos motivos. 
Yo hablaré de un tipo de mutación en la cual ocurre la in-
serción de fragmentos de ADN (ácido desoxirribonuclei-
co), de un organismo donador a un organismo receptor. 
El receptor será llamado entonces, organismo transgénico o 
también organismo genéticamente modificado (OGM). 
 Un OGM, en el caso de ser un animal, no tendrá 
dos cabezas, ni cuatro brazos; si es una planta, tampoco 
se levantará del suelo, ni cobrará venganza por la defores-
tación, no. Un organismo genéticamente modificado, ad-
quiere características del organismo donador, por lo cual es 
diferente de un organismo que no lo está. En el caso de las 
plantas, algunos OGM pueden obtener mayor resistencia 
a temperaturas gélidas, a temperaturas altas o a períodos 
de sequía, por lo anterior podríamos llamarla una súper-
planta.
Vamos entendiendo por qué Peter Parker poseía el famoso 
“sentido arácnido” y escalaba paredes. 
 Bien, A. tumefaciens posee una capacidad similar, 
sólo que la bacteria no muerde. Estudios realizados han 
permitido a los científicos descubrir que la transferencia 
de los genes ocurre a través de un canal o túnel de proteí-
nas entre la pared celular y la membrana. El canal forma un 
puente entre la bacteria y la célula vegetal, a través del cual 
viajan los genes de la bacteria que formarán parte del ADN 
de la planta. Los genes viajan muy bien empaquetados y 
protegidos, envueltos por otras proteínas que evitan que 
sean degradados o atacados dentro de la célula vegetal. 
 Un hecho importante que atrajo la atención de los 
científicos para utilizar la bacteria en la biología experi-
mental es que una vez que los genes forman parte del ADN 
de la planta, la actividad de ésos comienza a alterar el fun-
cionamiento de las células vegetales, a pesar de la ausencia 
de A. tumefaciens.
 Imagina que la célula es una fábrica que acelera 
su producción, al perder el control en la división celular 
y producir muchas descendientes. Las células abundantes 
recién formadas inician la producción de las opinas, que 
serán aprovechadas por la bacteria como fuente de carbo-
no para alimentarse. 
 Esta organismo es muy envidioso, ya que exclusi-
vamente la bacteria que infecta una célula o un grupo de 
células puede aprovechar las opinas producidas por la célu-
la vegetal, por lo cual este proceso es altamente específico. 
 Las características mencionadas hacen de esta bac-
teria una herramienta formidable en el campo de la biotec-
55
nología, la cual se enfoca en resolver las necesidades del 
hombre.
 El ser humano ha progresado junto con la biotec-
nología desde que comenzó a fermentar granos para pro-
ducir las primeras bebidas alcohólicas, las cuales eran uti-
lizadas en ceremonias a sus dioses. La biotecnología estuvo 
presente desde el primer pan que fue horneado en hornos 
de piedra. 
 Actualmente, además de la alimentación, la bio-
tecnología resuelve otras necesidades del hombre, por 
ejemplo en el campo de la medicina se desarrollan anti-
venenos que responden mejor a la toxicidad de alacranes 
y serpientes. Dentro del aspecto ecológico se trabaja con 
algunos organismos modelo que tienen la capacidad para 
remover del suelo y agua contaminantes como los metales 
pesados y otros químicos nocivos, producto de la actividad 
de fábricas y minas. También la biotecnología está en vías 
de resolver problemas causados por la sobre población y la 
carga excesiva que provoca en el ambiente. 
 Dentro del rubro agroalimentario, A. tumefaciens 
está siendo estudiada con el fin de aprovechar su capacidad 
para transferir genes que expresan características desea-
bles de un organismo en particular a una especie de interés 
agrícola. Por ejemplo, el maíz, arroz, avena, frijol y soya 
entre otros.
Por ello se espera que nuestra bacteria permita mejorar la 
alimentación y por consecuencia la calidad de vida de los 
habitantes de los países más pobres (vanidosamente llama-
dos en vías de desarrollo), a través de la mejora de cultivos 
que son base de la alimentación de muchos pueblos.
  La próxima vez que te sientes a la mesa a comer 
pan o la próxima ocasión que recibas una inyección puedes 
estar totalmente seguro que a través del esfuerzo de mu-
chos científicos y la nobleza de A. tumefaciens, la biotecno-
logía se desarrolla para mejorar tu vida. 
 
Imagen porporcionada por el autor 
(Ver imagen a color en páginas centrales)
           Microbacterium sp. Imagen: Luis Servín                                Estromatolitos en Cuatrociénegas, Coahuila, Méx.
                                                                                                        (tomada por el Inst. de Ecología, UNAM)
                    Origen de las moléculas de la vida.
                          Imagen tomada de la NASA                                                      Tapete microbiano. (Imagen: Ana Gutiérrez)
I
       E. coli DH5α + E. coli PFAJ + Chromobacterium violaceum
                         + Methylobacterium oryzae en PYCa
                                    Imagen: Francisco Ipinza                                Imagen de satélite donde se observa un biofilm de Vibrio harveyi
                                                                                                              Imagen: Steven D. Miller
Laguna de Alchichica (Imagen: Carlos Lázaro)
II
               Laguna de Alchichica (Imagen: Carlos Lázaro)
                                                                                                                                  Laguna de Alchichica (Imagen: Miguel Ángel Rojas)
III
        
Bacillus thuringiensis. Imagen: Leivi Clara Portugal                                       Nódulos simbiótiocs en raíces de P. vulgaris (frijol)
                                                                                                                                                           Imagen: Neftaly Cruz
IV
      Bacterias E. coli que expresan proteínas fluorescentes                 Cortes transversales de cerebros de ratones 
                         Imagen: Carmen Santana Calvo                                         jóvenes nacidos de madres SPF o GF. 
V
Bacterias E. coli que expresan proteínas fluorescentes 
Imagen: Yoloxochitl Sánchez Guevara
VI
Figura 1. Células de hígado (hepatocitos) inmovilizadas en geles 
de alginato
Figura 2. Matriz de anato en bacterias de Azotobacter vinelandii
Figura 3. Microfotografía de un quiste de Azotobacter vinelandii
Figura 4. Agregados formados por Azotobacter vinelandii
VII
Esquema de la producción de bioplásticos usando a la bacteria Azotobacter vinelandii.
Imagen: Yoloxochitl Sánchez Guevara
VIII

57
Las bacterias y el hombre
Bacterias E. coli que expresan proteínas fluorescentes
Imagen: Carmen Santana Calvo
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Sabías que…
En la actualidad existen más de 10,000 diferentes tipos de 
antibióticos.
El olor desagradable del sudor es producido cuando éste en-
tra en contacto con bacterias que poducen desechos de ácidos 
grasos y amonio.
Se han usado toxinas bacterianas como arnas biológicas. Un 
ejemplo es el ántrax o las toxinas botulínicas.
Escherichia coli es la bacteria que más se utiliza en estudios 
de laboratorio. Fue aislada de heces fecales de humanos sa-
nos.
El ser humano tiene de 105 a 108 bacterias por gramo de 
ileum; de 108 a 1011 por gramo de colon y de 10,000 a 
100,000 por gramo de duodeno. Sólo existen 10,000 por gra-
mo en un estómago sano.
Según las estadísticas, Pseudomonas es el género de bacterias 
más encontrado en los grandes hospitales.
El agente causal de sífilis es la bacteria Treponema pallidum.
Se ha propuesto que el microbioma intestinal podría modu-
lar señales al cerebro a través del nervio vago, unos de los 
nervios que inerva el sistema gastrointestinal
58
59
Antivida… antibacterias…antibióticos
Yolóxochitl Sánchez Guevara
Así como existen los antiácidos, los anticipados, los anti-
gripales, los anticongelantes, los anticuados, los anticuer-
pos, los antirrábicos y los antioxidantes, pues también exis-
ten los antibióticos.
 ¿Puedes imaginar que alguna vez existió un mé-
dico británico llamado Alejandro Fleming, quien, tra-
bajando en el laboratorio, por error descubrió que unos 
hongos secretaban una sustancia que inhibía el creci-
miento de un cultivo de bacterias? Fue gracias a su cu-
riosidad que logró hacer uno de los descubrimientos 
más importantes en la medicina moderna: el primer an-
tibiótico que se extrae del hongo del género Penicillium. 
 Y si crees que no los conoces, tan sólo basta pen-
sar en la penicilina, que seguramente has visto en el bo-
tiquín casero, en la vitrina de alguna farmacia o en al-
guna granja donde engordan vacas o cultivan vegetales. 
 Estos compuestos “antivida” son sustancias quími-
cas que pueden ser producidas por un ser vivo o crearse de 
manera sintética. Es en 1942 cuando se utiliza por prime-
ra vez el término antibiótico, nombrado por el ucraniano 
Selman Waksman quien en 1952, junto con Alejandro Fle-
ming, ganarían el Premio Nobel en Fisiología y Medicina. 
La penicilina en producciones de gran escala fue gracias a 
los trabajos del australiano Howard W. Florey y del alemán 
Ernst B. Chain.  
 Los antibióticos pueden considerarse como el 
gran descubrimiento de la medicina Occidental y la his-
toria cuenta que en China, por ejemplo, se han adminis-
trado desde hace muchos siglos. Su uso en otras partes del 
mundo, data de finales del siglo XIX, cuando se usaron de 
manera más metódica en diversas enfermedades. 
 Ahora se sabe que existen varias clases de anti-
biótico, por ejemplo, si consideramos la relación entra su 
actividad y la concentración, podemos tener grupos como 
las quinolonas, los betalactámicos, las sulfamidas y los ami-
noglucósidos. Pero si nos referimos a su estructura quími-
ca, habrá otro tipo de clasificación que integran al menos 
veinte más, como las cefalosporinas y las tetraciclinas, por 
mencionar sólo un par.
Los antibióticos tienen diferentes mecanismos de acción 
dependiendo de los organelos celulares que alcancen. Por 
ejemplo, para las bacterias con pared celular, los antibióti-
cos bloquean la síntesis, exportación, organización o for-
mación de esta estructura. Actúan específicamente sobre 
los enlaces de peptidoglicanos. La célula sufre un cambio 
de presión osmótica, aumentando la presión interna sobre 
la membrana, liberando el contenido celular y provocando 
que la célula muera.
Otros antibióticos cambian la permeabilidad de la mem-
brana celular, principalmente inhibiendo la síntesis de sus 
constituyentes. 
 Otro tipo de antibióticos producen moléculas des-
tructivas (los radicales hidroxilos) y dañan al ADN de las 
bacterias, por una serie de eventos celulares. Los hidroxi-
los producen daños principalmente en las guaninas, que es 
una de las cuatro bases de nucleótidos de ADN. Cuando la 
guanina dañada se inserta en la molécula de la herencia, 
las células la identifican, tratan de corregir el error, pero lo 
único que hacen es acelerar su destrucción.
Otro organelo que puede verse afectado son los ribosomas, 
encargados de sintetizar las proteínas, por lo que al no te-
ner las suficientes proteínas, las bacterias simplemente no 
se forman o sufren alteraciones que no les permiten seguir 
como patógenas.
60
 Los antibióticos pueden considerarse como un 
gran avance en la medicina moderna; sin embargo, es mo-
mento de recordar aquella famosa frase de nuestras abue-
las: “todo en exceso es malo” y aunque seguramente ellas 
no llevaron cursos avanzados de microbiología, sin querer, 
se estaban refiriendo a la resistencia de las bacterias ante 
los antibióticos. 
 Actualmente, por el uso indiscriminado de los 
antibióticos y la capacidad de las bacterias de volverse re-
sistentes, podríamos enfrentarnos nuevamente a enferme-
dades infecciosas que en el pasado dieron mucha lata a la 
humanidad, tales como: la neumonía, la tuberculosis, la 
meningitis, la fiebre tifoidea y la disentería, por mencionar 
algunas, o simplemente, destruir la flora bacteriana nor-
mal, que sin ser patógena, nos ayuda, por ejemplo a digerir 
alimentos. 
 La resistencia a antibióticos puede ser por inacti-
vación o modificación en la estructura química del antibió-
tico, porque cambie su sitio al cuál va dirigido, porque se 
diluya o disminuya la cantidad del antibiótico o porque se 
altere la ruta metabólica que deba ser inhibida. 
 El uso de los antibióticos debe ser bajo observa-
ción y prescripción de un buen médico con buenos cono-
cimientos de microbiología y un buen sentido común para 
saber que antes de recetar un antibiótico es necesario co-
nocer el peso, edad, alergias e historial médico del pacien-
te, entre otras cosas. Además, la dosificación y la duración 
del tratamiento deben estar bien establecidas dependiendo 
las condiciones generales del paciente o gravedad del caso. 
Y recuerda, ¡tampoco se trata de deshacerte de toda tu mi-
crobiota del intestino!
 Pero aún sin estar enfermos, podemos recurrir, 
como método de prevención, a los antibióticos naturales 
que encontramos en la cocina o incluso en el jardín, como 
la viscosa miel, los olorosos ajos, las cebollas que nos cau-
san torbellinos de lágrimas, el jugosos limón, el astringente 
tomillo y muchos otros productos vegetales que estimulan 
mecanismos naturales e incrementan las defensas de nues-
tro cuerpo, pero que hasta ahora no pueden sustituir del 
todo a los antibióticos que con tanta paciencia, la ciencia 
nos ha brindado. 
 Hoy en día, nuestra llamada esperanza de vida ha 
aumentado, y en mucho se debe a que las infecciones ya no 
son una causa primordial de muerte, gracias a que existen 
los tratamientos con antibióticos.
 Entonces, algunas veces el efecto “antivida” puede 
ser sinónimo de buena salud. 
Para aprender más:
•	 http://www.comoves.unam.mx/assets/revis-
ta/158/aquiestamos_158.pdf
•	 http://www.comoves.unam.mx/numeros/articu-
lo/172/virus-contra-bacterias-renovada-esperan-
za-para-tratar-infecciones
•	 http://www.comoves.unam.mx/numeros/articu-
lo/106/la-vida-interior
•	 Proteínas antibióticas en secreciones de anfi-
bios y en venenos de abejas, arañas y alacranes. 
Alexis J. Rodríguez Solís, Elba C. Villegas Villa-
rreal y Corzo Burguete Gerardo A. La Unión de 
Morelos, Lunes 9 de diciembre de 2013. Pág. 39
61
¡No soy yo, son mis bacterias!
Eunice Alejandra Zayas del Moral
Imagina que te vas a acampar al bosque. Es verano, el clima 
es cálido; recientemente terminó la temporada de lluvias, 
por lo que hay humedad en el ambiente. Tras varias horas 
de caminar por el monte, disfrutando el paisaje y el silen-
cio, te estiras un poco y te sientas a descansar; entonces 
tu compañero de viaje te dice: “¡Pero qué mal olemos!” Es 
probable que, en lo que encuentras el río o regadera más 
próximos, inmediatamente saques tu desodorante en aero-
sol y te des una fumigada con él. Sin embargo, el sudor de 
tu cuerpo sigue ahí, y sólo has utilizado la forma comercial 
de ocultarlo, pero ¿qué causa ese olor tan característico?
 Resulta que el sudor que producen las glándulas 
de nuestro cuerpo, por sí solo, es totalmente inofensivo, 
estéril e inodoro; si lo piensas bien, no siempre el olor es 
tan penetrante. El asunto está en que, de manera natural, 
nosotros tenemos un gran número de pasajeros a bordo en 
nuestro cuerpo: las bacterias. Se sabe que hay alrededor de 
10 bacterias por cada célula epitelial, por lo que somos el 
medio de cultivo en donde ellas crecen. Desde el momento 
en que el sudor es excretado, estos microorganismos co-
mienzan a degradarlo, generando desechos, como ácidos 
grasos y amonio, que son los principales causantes de estos 
desagradables olores. 
 Existen diferencias químicas en cada persona, así 
como diversidad en las bacterias que viajan como pasaje-
ros de cada uno, por lo que el aroma varía entre nosotros. 
Muchos estudios han sido dirigidos a cómo las bacterias 
degradan las secreciones del cuerpo, ya que, como podrás 
imaginar, al año la gente gasta miles de pesos en desodo-
rantes, y la industria está muy interesada en buscar cómo 
hacer estos productos más eficientes. 
 ¿Por qué deberíamos preocuparnos por esto? Ac-
tualmente están en el mercado los llamados anti transpi-
rantes, que a la larga tapan los poros y evitan que el cuer-
po secrete toxinas que necesita eliminar. Esto es peligroso 
para nuestro cuerpo ya que vamos acumulando desechos 
que no deberían permanecer en nosotros. ¿Qué hacer ante 
esto? Primero que nada, mantener la higiene personal, ya 
que cada que nos bañamos, evitamos que la población de 
bacterias se incremente. Por otra parte, a veces, más que un 
desodorante, necesitamos algo que controle la cantidad de 
bacterias que hay sobre nuestro cuerpo, por ejemplo, algo 
que cambie la acidez del ambiente en el que viven, a lo cual 
son sensibles la mayoría de estos microbios. Uno de ellos 
por ejemplo es el vinagre, el cual varios recomiendan para 
controlar tanto hongos como bacterias en la piel, una lim-
pieza con un paño empapado en éste, pueden ser suficien-
tes para controlar el exceso de bacterias, y por tanto, los 
malos olores. Así que, la próxima vez que notes que creas 
que tienes bacterias de más sobre ti, y que la gente empiece 
a notarlo, antes que el desodorante, podrías probar otras 
opciones. Con suerte y te salga más barato y efectivo el re-
medio.
62
El ying y el yang de Clostridium botulinum
Verónica Loyo Celis
La palabra bacteria suele en la mayoría de los casos remi-
tirnos de forma inmediata a enfermedades o vincularla 
con aspectos negativos, en términos generales este es el 
estereotipo en el que la sociedad contemporánea agrupa a 
estos organismos.
 Cuando vencemos la primera barrera del estereo-
tipo e indagamos un poco más en el tema nos topamos 
con un grupo de seres vivos tan amplio que constituye un 
reino. En este reino densamente poblado encontramos una 
gran variedad de formas de vida algunas de ellas son pilar 
fundamental del medio ambiente, otras son herramienta 
clave en cuestiones biotecnológicas y algunas tienen pro-
piedades sorprendentes que son fuente de inspiración para 
artistas, ingenieros y científicos.
 Ante esta gama de organismos viene a mi mente 
Clostridium botulinum, procarionte involucrado en even-
tos benéficos y perjudícales desde el punto de vista antro-
pocéntrico, motivo por el cual títulé este escrito: El ying y 
el yang de Clostridium botulinum, como una forma simbó-
lica de exaltar fuerzas antagónicas.
 En este sentido el “ying” lo constituye el uso de 
toxinas bacterianas (A, B y E) como armas biológicas ya 
que en recientes años se han filtrado altas dosis de estas 
toxinas en comida y agua contaminada produciéndose 
muerte inminente de individuos a causa de botulismo, 
padecimiento cuyo reporte inicial se remonta a mediados 
del siglo IX. Mientras que el “yang” lo representa el uso de 
la toxina A en el tratamiento de blefarospasmo, espasmo 
hemifacial, torticolis espasmódica, corrección de estrabis-
mo, así como en tratamientos estéticos, ya que actualmente 
se ha extendido el uso de Botox para disminuir arrugas y 
líneas de expresión. Sin embargo, la mayoría de los trata-
mientos aquí mencionados se aplican sin ensayos farmaco-
lógicos previos.
 Una vez mencionados (aunque de forma burda) 
los efectos de esta bacteria no me queda más que concluir 
que el efecto dual de Clostridium botulinum lo concede el 
uso dado por el ser humano, por lo que es importante re-
flexionar acerca de la manipulación biológica y efectuar la 
investigación y práctica científica de forma responsable y 
ética.
63
El lado bueno de una bacteria
llamada Escherichia coli
José Luis Puente García
En septiembre del año 2006,  la Secretaria de Salud y la 
Secretaría de Agricultura ordenaron el retiro de los super-
mercados de espinacas pre-empacadas y listas para consu-
mo provenientes de los Estados Unidos y recomendó evitar 
su consumo sin que estuvieran bien cocinadas. Esta deci-
sión fue preventiva y debida a que en el mismo mes alrede-
dor de 20 estados de la unión americana reportaron brotes 
de una infección causada por una bacteria denominada 
Escherichia coli enterohemorrágica O157:H7 o EHEC por 
sus iniciales en inglés, cuyo origen fue rastreado y asociado 
al consumo de espinacas. Noticias como ésta, resaltan la 
importancia de la bacteria E. coli como agente causante de 
enfermedad en el humano y, por tanto, genera preocupa-
ción entre la población cada vez que se hace mención de la 
presencia de esta bacteria en reservorios de agua, alimen-
tos o en los análisis clínicos de un individuo. Sin embargo 
¿qué es E. coli? A diferencia de lo que mucha gente piensa 
o asocia con esta bacteria, E. coli cuenta con, además de 
su lado malo, su lado bueno.E. coli es un microorganismo 
aerobio y anaerobio facultativo (esto es, que puede crecer 
en presencia o ausencia de oxígeno) que habita el intestino 
grueso o colon de los humanos, y otros mamíferos, for-
mando parte importante de la flora intestinal. Esta bacteria 
coloniza el tracto gastrointestinal de los recién nacidos a las 
pocas horas de su nacimiento, momento a partir del cual, 
junto con otras bacterias como lactobacilos y enterococos, 
se convierte en la bacteria más abundante del intestino de 
un recién nacido. Durante la vida adulta su abundancia se 
reduce a sólo el 0.1% del total de las muchas bacterias que 
residen en el intestino y que incluyen diversas especies; 
sin embargo, esta asociación comensal se mantiene por 
el resto de nuestras vidas. Es por esta razón que con cada 
evacuación de heces fecales arrojamos al desagüe miles de 
millones de bacterias de diferentes especies, siendo E. coli 
una de ellas, de ahí que sea considerada como un marcador 
de contaminación fecal cuando se analizan en el laborato-
rio muestras de agua, alimentos, aire, etc. Así mismo, no es 
de extrañarse que un análisis rutinario de laboratorio de 
una muestra de nuestras heces dé como resultado el aisla-
miento de E. coli, aun cuando no estemos enfermos. Más 
aún, E. coli es normalmente un microorganismo benéfico 
para el hombre, ya que como parte de la flora intestinal 
participa activamente en el procesamiento de los alimentos 
que consumimos al degradar, por ejemplo, a las proteínas 
en sus componentes básicos, los aminoácidos, los cuales 
después de ser absorbidos en el intestino grueso, son utili-
zados por nuestras células para sintetizar sus propias pro-
teínas. También resulta fundamental por su capacidad de 
producir algunos compuestos básicos, como las vitaminas 
K y B12, que son esenciales para que las células de nuestro 
organismo lleven a cabo funciones vitales, pero que éstas 
no pueden producir. Así mismo, actúan en nuestro favor 
eliminando algunos compuestos de deshecho y evitando 
que bacterias causantes de alguna enfermedad colonicen 
con facilidad nuestro intestino. La estrecha relación exis-
tente entre E. coli y el hombre, llevó en 1885 al pediatra 
y bacteriólogo alemán Theodor Escherich (1857-1911) a 
aislarla de heces fecales de individuos sanos, nombrándola 
Bacterium coli (coli es latín que refiere que su hábitat es el 
intestino grueso o colon), la cual en 1919 fue renombrada 
en honor de su descubridor como Escherichia coli. En 1922 
diferentes aislamientos de E. coli son obtenidos a partir de 
heces de individuos sanos o enfermos en la Universidad 
64
de Stanford en California, EU, los cuales son almacenados. 
A partir de 1940 uno de estos aislados etiqueta-do como 
K12 es azarosamente recuperado y utilizado para estudios 
de metabolismo nitrogenado y, posteriormente, en 1944 
para estudios pioneros de la biosíntesis de triptofano (un 
aminoácido que forma parte de las proteínas), que en parte 
empezaron a mostrar el potencial que esta bacteria tenía 
como un modelo para el estudio de diferentes fenómenos 
biológicos, permitiendo también el desarrollo de la gené-
tica bacteriana. A partir de estos eventos y debido a su ca-
rácter inofensivo para el hombre y el ambiente, así como a 
su fácil y rápido crecimiento en condiciones de laboratorio 
(puede  duplicarse cada 20 minutos), E. coli K12 se con-
virtió en el “caballo de batalla” y “conejillo de Indias” de 
diversos laboratorios que vieron en esta bacteria un mo-
delo idóneo para llevar a cabo diferentes estudios que a la 
postre die-ron origen a una revolución en campos como 
la Genética, la Fisiología y la Bioquímica, y más adelante 
al surgimiento de la Biología Molecular y la Biotecnolo-
gía. Son muchas las contribuciones que se han hecho desde 
que E. coli fue utilizada por primera vez en el laboratorio, 
aquí algunos ejemplos. La transferencia de material gené-
tico (DNA, Ácido desoxirribonucleico) de una célula bac-
teriana a otra (proceso conocido como conjugación) fue 
descrita por primera vez en E. coli. Esto reveló uno de los 
mecanismos que permiten a las bacterias intercambiar in-
formación genética y generar diversidad, sin reproducirse 
sexualmente, así como contar con una estrategia mediante 
la cual se empezó a localizar la posición de genes en un 
genoma bacteriano. Otros estudios aportaron los primeros 
conocimientos sobre los mecanismos que controlan la ex-
presión genética en bacterias. Es también en E. coli donde 
se descubren las enzimas de restricción y se construye el 
primer vector de clonación para la generación de molécu-
las de DNA recombinante, pasos esenciales en el desarrollo 
de la Ingeniería Genética. Así, en el campo biotecnológico, 
el amplio conocimiento que se ha ido acumulando sobre 
E. coli y su “domesticación” a favor de la ciencia, han per-
mitido su uso como una fábrica microscópica viviente de 
proteínas de interés para el ser humano, siendo uno de los 
primeros y más revolucionarios ejemplos la producción de 
insulina humana en bacterias para su uso en pacientes dia-
béticos. Es también E. coli uno de los primeros organismos 
cuyo genoma fue completamente secuenciado, iniciando 
una nueva era en el estudio de este microorganismo para el 
cual se contaba ya con más de 50 años de estudio. A pesar 
de que varias enfermedades diarreicas están asociadas a la 
presencia de algunas variedades patógenas (no benéficas) 
de E. coli, de las cuales platicaremos en otra ocasión, su 
nombre no debe siempre asociarse a su lado oscuro, sino a 
los aspectos positivos con los cuales contribuye, como un 
eterno acompañante intestinal, a nuestro diario bienestar, 
así como al enorme legado que su uso como modelo de 
estudio ha dejado al conocimiento científico y al desarrollo 
de la biotecnología. 
Este artículo apareció el lunes 08 de Octubre del 2007 en 
el periódico La Unión de Morelos en colaboración con la 
Academia de Ciencias de Morelos.  
65
La Sociomicrobiología o de 
la convivencia entre bacterias y 
seres humanos
Agustín López Munguía
Hay una serie de conocimientos que nos son transmitidos 
desde pequeños y que son básicos para la subsistencia. Se 
trata de “instrucciones” cual mandamientos (¡no matarás! 
o ¿no mentirás!) que por su carga moral (o autoritaria) se 
clavan en nuestro inconsciente y nos permiten caminar 
por la vida con un poco de menos riesgo. ¡Niño: no jue-
gues con fuego!; ¡Niño: siéntate derecho!; ¡Niño: acábate la 
sopa!;¡Niño: no molestes a tu hermana! Este texto se basa 
en mi opinión de que habría que agregar un nuevo men-
saje básico en la educación de la niñez: ¡Niño: cuida tus 
bacterias!
 Hace la friolera ya pronto de 40 años, trabajando 
en un proyecto que acabaría haciéndome doctor, empecé 
a entender los fundamentos de un par de esas “instruc-
ciones” que me llegaron por la vía materna: ¡Niño: ya no 
comas tantos dulces! ¡Niño: lávate los dientes! Y es que en 
efecto, trabajé con una bacteria láctica que lleva por primer 
nombre Leuconostoc. La verdad es que cuando me la pre-
sentó el Dr. Pierre Monsan, mi director de tesis,  y la vi ex-
tendida en un tubito de ensaye, muchas cosas me vinieron 
a la mente, desde lo casi bíblico de su nombre (no sé si al-
gún personaje del Antiguo Testamento se llame Leuconos-
toc, pero al menos así suena), hasta un desesperado inten-
to por que entre ambos se generara empatía, dado que de 
ella dependía mi futuro académico. Después de colocarla a 
unos confortables 4 C, quise saber todo lo que había al res-
pecto de este Leuconostoc, que por apellido llevaba el me-
senteroides. Tardé meses en hacer lo que un estudiante de 
doctorado logra hoy en instantes tecleando Leuconostoc en 
Google. Lo acabo de hacer por curiosidad y surgen más de 
700,000 hits. Aquel día mi vida quedó ligada a esta bendita 
bacteria (por lo bíblico y por lo que le debo), y fue en esa 
revisión que supe que Leuconostoc hacía lo mismo que otra 
bacteria láctica cuyo habitat natural es nuestra boca: Strep-
tococcus mutans.  Ambas bacterias son capaces de tomar 
nuestro endulzante por excelencia, es decir la sacarosa, y a 
partir de este azúcar simple, mediante una enzima del tipo 
glucosiltransferasa, construir largas cadenas de moléculas 
de glucosa, agregándolas una por una. Miles de moléculas 
en una cadena hacen un polímero, y en el caso de S. mutans 
ese polímero, por sus propiedades,  se pega a los dientes y 
constituye la base sobre la que se genera la placa dental y 
eventualmente la caries. No comer azúcar o lavándose bien 
los dientes, disminuye radicalmente el riesgo de caries, y de 
tanto sufrimiento. Trabajé tres años en saber cómo hacía su 
enzima Leuconostoc mesenteroides, y cómo trabajaba ésta 
para fabricar el polímero; rescato de aquel entonces la idea 
de que algunas bacterias, que son parte natural de nues-
tra microbiota bucal (108 bacterias/cm2), mal alimentadas, 
pueden hacernos daño. 
 Varios años después, en el mismo laboratorio pero 
ya en estancia sabática, me volví a encontrar con Leuconos-
toc. Se trataba de otra cepa, cuya enzima, aunque de la mis-
ma familia, podía sintetizar un azúcar complejo. Bueno, 
ni tanto. Encontré que bajo ciertas condiciones, la enzima 
no hacía las cadenas, sino que transfería sobre la molécula 
de sacarosa, dos glucosas en posiciones poco usuales en la 
naturaleza, de ahí lo complejo. Trabajé un año definiendo 
condiciones en las que este azúcar complejo se pudiera pro-
ducir de forma óptima. Más tarde supe, para mi sorpresa, 
que este azúcar llegó a ser la base de cosméticos “bio” que 
aplicados en la piel, permitían que sólo aquellas bacterias 
66
benéficas se desarrollaran, dando a la piel las propiedades 
que todos los comerciales adjudican a las cremas. Había 
aquí sin embargo un fundamento bacteriano: la microbiota 
de la piel es alimentada de forma específica, evitando que 
proliferen bacterias nocivas que además generan mal olor. 
Claro, otra opción es bañarse: ¡Niño: báñate!
 Hace ya un par de años, publiqué un trabajo titu-
lado “Dulce Fibra” en la revista ¿Cómo ves?, trabajo que fue 
reproducido en el periódico La Unión de Morelos el 17 de 
enero del 2011. Creo que la esencia atrás de ese artículo es 
ese mensaje que debemos difundir como básico en nues-
tra educación: “¡Niño: cuida tu microbiota!” En ese texto, 
junto con otro titulado “Vida Interior” también publicado 
en la revista ¿Comoves?, me refiero a la importancia vital 
que juegan las 105-108 bacterias que tenemos por gramo de 
ileum, las108-1011 que encontramos por gramo de colon, o 
las entre 10,000 y 100,000 que hay por gramo de duodeno, 
siempre muchas más que las escasas 10,000 por gramo que 
hay en el estómago.  Se trata de cuidar nuestras bacterias 
con base en lo que comemos, pero a partir de un mensaje 
que nos alerte sobre la importancia de que tengamos una 
relación amigable con ellas. Ésa es la esencia también de 
otro mensaje publicado en la revista Hypathia del 28 de fe-
brero de 2012, en el que me preguntaba: entre las bacterias 
de nuestra microbiota y nosotros: ¿quién es quién? Igual 
podría preguntar si ¿existe el libre albedrío?, pero no tanto 
por todo aquello que sabemos que influye en nuestro com-
portamiento y que va desde la genética hasta los apapachos 
que no recibimos o que recibimos en exceso de nuestros 
padres. No. Tampoco con base en eso de que somos lo que 
comemos, o lo que comieron nuestros padres, o lo que co-
mieron nuestros antepasados. En esta ocasión, la pregunta 
pretende incluir qué tanto de lo que somos depende de las 
bacterias que pueblan nuestros intestinos. Y es que ahora 
resulta que si analizamos a la microbiota, y su efecto en el 
eje sistema digestivo-sistema endócrino-sistema nervioso, 
ahora también a ellas podemos echarle la culpa de buena 
parte de lo que nos sucede, de nuestro humor o de nuestras 
enfermedades. Ya Elie Metchnikoff, Premio Nobel en 1908 
por sus descubrimientos sobre células del sistema inmu-
nológico humano que “se comen” a los microorganismos 
nocivos (los fagocitos), en la última etapa de su vida acadé-
mica, se obsesionó con la lucha contra la vejez y la muerte, 
y empezó a consumir grandes cantidades de yogurt, asegu-
rando que los Lactobacilos bulgaricus eran responsables de 
la longevidad de los habitantes de varios pueblos de Bulga-
ria. No andaba tan equivocado. Hoy, con las maravillosas 
herramientas de la genómica y la bioinformática, sabemos 
que en nuestro organismo son más ellas que nuestras cé-
lulas. Así de sencillo. Vamos por la vida acompañados por 
toda una población de bacterias, nuestra microbiota (tér-
mino que ha sustituido al obsoleto microflora) que,  bien 
cuidadas,  velan por nuestra seguridad. Por ejemplo, más 
que la guardia presidencial, son las bacterias las que cuidan 
a Enrique Peña Nieto (EPN), ya que 9 de cada 10 de las 
células que mueve son de bacterias y sólo una es de EPN. 
Todas ellas se distribuyen por su cuerpo, desde la boca 
hasta los intestinos. Ahí hospeda aproximadamente a más 
de 500 diferentes especies de bacterias, las cuales son tan 
abundantes que aportan 100 veces más genes que la suma 
de los genes del padre Peña y la madre Nieto, o sea 100 
veces más que todos los genes que hay en su genoma. Vaya 
revés para su ego cuando se entere, ¿no? Pero no creo que 
sea asunto de seguridad nacional el saber que ni EPN, ni el 
lector, ni quien escribe es enteramente quien piensa, sino 
una amalgama de atributos humanos y atributos bacteria-
nos: ¿cuestión de seguridad nacional? No, es cuestión de 
salud.
67
No va a faltar quien incluso especule que aparecimos en 
el plantea para que todos estos microorganismos pudieran 
tener donde estar. Apoderarse de Palacio Nacional, sí, pero 
también en la Casa Blanca y en la Rosada; del Poli, la UPE-
Mor, la UNAM o la UAEM; del Tec de Monterrey o del Tec 
de Massachussets; de Ciudad del Cabo o de Ciudad Neza. 
O sea: en todo intestino humano, aunque eso sí, poblacio-
nes diferentes dependiendo de la región, la edad, la alimen-
tación, la historia individual…, y de una manera u otra, el 
trato que “consciente o inconscientemente” han recibido. 
Después de leer este texto, ya no podrás dejar de sentir 
culpa  -o al menos cierta preocupación- al consumir anti-
bióticos, ya que no hay semana que al revisar la literatura 
científica no surjan nuevas evidencias sobre la importancia 
de esta microbiota en la salud. Incluso, sobre la importancia 
de ser “inoculados” con la microbiota materna durante el 
nacimiento, y las posibles consecuencias de nacer median-
te un parto aséptico por cesárea. Y es que existen eviden-
cias epidemiológicas que muestran un mayor número de 
casos de asma y otras alergias en niños nacidos por cesárea, 
que en niños nacidos por parto normal. La microbiota ad-
quirida temprano en la vida puede impactar el desarrollo 
cerebral y en el comportamiento subsecuente, tal como la 
actividad física y la ansiedad. De hecho, ya era sabido que 
una infección microbiana temprana puede desencadenar 
un desorden en el desarrollo neuronal que resulte en pro-
blemas en el desarrollo emocional. 
 Y es que hoy sabemos de manera contundente 
que una sana microbiota es esencial para evitar infecciones 
intestinales, para neutralizar el efecto de agentes mutagé-
nicos cancerígenos, para tener un sistema inmunológico 
eficiente, para tratar problemas de constipación y curar 
diarreas, para la asimilación de minerales, calcio y magne-
sio en particular, y muchas otras funciones. Pero también 
una microbiota sana está asociada con niveles bajos de co-
lesterol y menor incidencia de cáncer de colon y de vejiga. 
Está demostrada que la presencia de microorganismos en 
nuestros intestinos activa la expresión de un cierto número 
de genes en estos órganos y silencia otros, como si hubiera 
una conversación molecular entre ellos estableciendo una 
respuesta que nos beneficia, genera una sensación de bien-
estar general y disminuye el estrés. 
 Más aun, estamos aprendiendo cómo es que nues-
tra microbiota influye en la cantidad de  energía que extrae-
mos de los alimentos: la gente obesa tiene una microbiota 
particular y se ha demostrado, por ejemplo, que tanto rato-
nes como seres humanos obesos tienen un menor número 
de bacterias del tipo Bacteroidetes que su contraparte con 
peso normal. Se ha demostrado que una bacteria abundan-
te en el intestino, Faecalibacterium prausnitzii tiene propie-
dades anti-inflamatorias y protege contra la enfermedad de 
Crohn, mientras que  Bacteroides fragilis es frecuente en 
ratones sin colitis y es capaz de curar la diarrea crónica.
 El impacto de una sana microbiota va más allá de 
la salud, ya que impacta también el humor.  Claro, ¿quién 
puede estar contento con colitis e inflamación? 
 Es por esto que ha surgido una nueva disciplina: la 
Sociomicrobiología. La propuesta es de Peter Greensberg 
de la Universidad de Washington, quien propone a esta 
disciplina como  un campo emergente, cuyo objetivo es de-
terminar cómo haremos los humanos en lo sucesivo para 
mantener una relación amistosa con nuestra microbiota. 
Empezando por reconocer, ante tan abrumadora eviden-
cia, que no hay prácticamente ninguna faceta de la biología 
humana que no esté influenciada -de una forma u otra- por 
la actividad de la microbiota.
 Con toda esta evidencia, más la que se acumule, 
es fundamental reflexionar sobre lo que podemos hacer 
68
desde la alimentación por favorecer una sana coexistencia 
con ellas, las bacterias. Es ahí donde el artículo de marras 
incide. Se trata de un énfasis en la importancia de la fibra 
en la alimentación, y dentro de esta, de la fibra que es solu-
ble. Muy particularmente el artículo describe a la inulina, 
una molécula compleja cuya base estructural es la fructosa, 
y que se desdobla –ya en la industria, ya en el proceso de 
digestión- en azúcares complejos, como los que nutren a 
las bacterias de la piel, los llamados “fructooligosacáridos” 
o FOS. A diferencia de la inulina, que llega a tener más 
de 30 moléculas de fructosa en su estructura, los FOS se 
componen de 2, 3 o 4 moléculas de fructosa, siempre con 
una molécula de glucosa en un extremo. Estos últimos son 
el alimento favorito de la microbiota. Los agaves, endémi-
cos de Mesoamérica, son una riquísima fuente de inulina, 
como lo es también la raíz de chicorea, el ajo, el plátano y 
la cebolla. En general los vegetales son fuente de inulina, 
por lo que debemos seguir apoyando la vieja recomenda-
ción de “come frutas y verduras”. En una revisión reciente 
sobre este tema, una nutrióloga me corrigió: “come ver-
duras y frutas”, ya que las primeras son más importantes. 
Y sí, tomen yogurt y lácteos fermentados; beban pulque y 
pozol. Sin duda alguna, la relación de los seres humanos 
con las bacterias ha venido a dar un gran impulso a estas 
maravillosas plantas, los agaves, así como a los productos 
fermentados de maíz, de los cuales México posee una ex-
traordinaria riqueza.
69
Bacterias: ¿amigas o enemigas?
Ramón Batista García y Jorge Luis Folch Mallol
Si preguntamos por las bacterias en la plaza más famosa 
de México o del mundo, las respuestas pueden ser insospe-
chadas. Seguramente la mayoría coincida en que son cria-
turas bien malas. El sarcasmo de criaturas no vale, quienes 
las queremos nos oponemos a eso… Pocos responderán 
que son organismos diminutos que apenas miden pocas 
micras, se componen de una sola célula. Estamos hablan-
do de micras, de la millonésima parte de un metro. Menos 
aún, dirán que sus células difieren de las nuestras y que 
por ejemplo en 20 minutos se logran dividir. Sin embargo, 
casi todos gritarán y defenderán por sus experiencias, los 
elementos que las hacen los peores seres vivos del planeta. 
Dirán de la tuberculosis, la sífilis, el tétanos, el ántrax, la 
peste y de otras muchísimas enfermedades que le han he-
cho la peor de las campañas comerciales. ¡Pobres bacterias, 
las pondrán como las malas de esta historia!
 Así las cosas, si continuamos preguntando por el 
mito de las bacterias y lo que sabemos de ellas, seguro en-
contraremos personas que, aunque pocas, las defiendan. 
Entonces nos contarán que hacen el yogurt, que gracias a 
ellas tenemos nitrógeno en las moléculas orgánicas (como 
las proteínas), que con trabajo infatigable producen vita-
mina K en nuestro intestino, que fabrican oxígeno, que 
ayudan a las plantas (que luego comemos) a crecer sanas y 
saludables, y que se usan para limpiar playas contaminadas 
con petróleo u otros desechos que con absoluta negligencia 
producimos en nuestra cotidianidad.
 Realmente las bacterias pueden ser así de malas 
o así de buenas. Las bacterias son los organismos más di-
versos que existen. Su diversidad es tal que podemos en-
contrarlas colonizando desde los glaciares, los estratos mas 
profundos del suelo, las aguas termales y ácidas, el rumen 
de una vaca, nuestra piel, el aire que respiramos, las nubes, 
o cualquier sitio que nos podamos imaginar por muy difí-
cil que se imponga la vida. Su tamaño es la clave de su éxito. 
Algunas soportan la sauna que nosotros no soportamos, 
120 grados de temperatura. Otras viven sin una molécula 
de oxígeno, como las que habitan el interior de una lata 
de conserva en descomposición del supermercado. Pero 
su resistencia es sorprendente, algunas son hasta autosu-
ficientes, fabrican su alimento a partir de sol, dióxido de 
carbono y agua. Imaginen esto para nosotros… Soportan 
además soluciones ácidas como nuestros jugos gástricos o 
el zumo de un limón. Son así, sorprendentes, fascinantes, 
interesantes.
 Pero ciertamente las tildan de malas, de peligrosas, 
de asesinas. Nadie habla en las calles de sus bondades y de 
cuánto dependemos de ellas cada día de nuestras vidas. Esa 
es nuestra intención: acercarle a esta paradójica, pero ne-
cesaria convivencia. Comenzaremos por lo que nadie dijo 
en las plazas de nuestras amigas las bacterias. Definitiva-
mente,  créannos, ellas son más buenas que malas. Luego 
entenderán por qué…
 Solo conocemos el 1.5% de las bacterias que nos 
acompañan en nuestras vidas. Algunos estudios dicen 
que 1.7 Kg de nuestro peso son microorganismos y ma-
yormente bacterias, de manera que siempre tenemos una 
sobrestimación de nuestros pesos corporales. De todas las 
bacterias que se conocen, menos del 1% causan enferme-
dades a las plantas, los animales o al hombre. Muchas de 
ellas se muestran solidarias con nosotros y resuelven serios 
problemas para la sociedad contemporánea. Si hablamos 
de bacterias solidarias, amables o amistosas hay que pro-
clamar sin duda a Escherichia coli. Esta es la vedette de to-
70
das las bacterias, las más conocida y querida por muchos 
científicos. Sólo pensemos que esta bacteria garantiza la 
producción de insulina para todos los diabéticos del mun-
do. Ella es la que salva sus vidas. Esta bacteria no necesita 
producir insulina, y no la sabe fabricar. La insulina es una 
hormona que produce nuestro páncreas para facilitar la 
incorporación de glucosa a nuestras células y es de vital 
importancia porque ayuda a mantener los niveles correc-
tos de azúcar en nuestra sangre. Las personas que no pro-
ducen esta hormona de origen proteico padecen de Dia-
betes mellitus, una enfermedad crónica que puede poner 
en riesgo nuestras vidas. Pero, ¿cómo suministrar insulina 
a las miles de personas que diariamente la necesitan? Na-
die será capaz de donar su páncreas o una parte de él para 
extraer insulina y compartirla con los demás, y si hubiese 
alguien con la bondad de hacerlo entonces morirá en el 
intento. Esta razón absolutiza nuestra afirmación. Así fue 
como algunos científicos convencieron a Escherichia coli 
mediante técnicas bioquímicas y biotecnológicas para que 
produjera insulina. Se obtuvieron bacterias transgénicas 
que producen en grandes cantidades la necesaria hormona 
(el cuento de los transgénicos vendrá pronto). De manera 
que esta bacteria salva la vida de muchos que están conde-
nados a depender de su existencia y solidaridad con la raza 
humana. Entonces a Escherichia coli podemos considerarla 
nuestra amiga.
 Pero todas las monedas tienen dos caras. Veamos 
ahora la otra. Generalmente la infección en los riñones 
es ocasionada por la presencia de esta bacteria. Cuando 
el número de ellas crece sin control en nuestros riñones, 
colonizan este órgano y causan terribles dolores, fiebres y 
si están a gusto pueden decidir acompañarlos por siempre 
con graves consecuencias en el funcionamiento renal. En-
tonces esta bacteria también nos puede perjudicar.
 Ahora les contaremos que esta bacteria vive sin 
afectarnos en nuestros intestinos. Miles de ellas siempre 
están ahí y si las mantenemos controladas ni nos entera-
mos de su presencia. Y no vive sola, tiene como vecinas a 
cientos de bacterias diferentes.
Examinar estos ejemplos y elementos que compartimos 
ayudarán a comprender que las bacterias no siempre son 
buenas o malas, sino que pueden tener un poco de ambas 
cosas. Lo cierto es que comparten con nosotros todos los 
espacios y que resulta aberrante intentar por un segundo 
apartarnos de ellas. Tendríamos que vivir en una burbuja y 
de ahí no salir jamás, aunque quedarán todas las que viven 
en nuestra piel y en nuestro interior.
 Cuando nos encontremos de paseo en la plaza de 
la cual partimos y pregunten por las bacterias, ya sabemos 
decir algo más. Podemos decir que son organismos mi-
croscópicos, formados por una célula, de inmensa diversi-
dad, que siempre están con nosotros, y que pueden ser per-
judiciales o beneficiosas. Que hacen el yogurt del desayuno 
o ayudan a tener en nuestras farmacias medicinas. Son así 
de versátiles como los artistas que pintan, cantan y bailan.
 Cuidemos las bacterias y defendamos los estudios 
que con ellas nos entretienen y ayudan a salvar la humani-
dad. Las bacterias son omnipresentes, con una importan-
cia médica y económica incuestionable y con impacto eco-
lógico relevante. Entonces reflexione a su consideración 
Escherichia coli: ¿amiga o enemiga?
 Si continuamos hablando de bacterias, podemos 
revisar algunos otros aspectos que sin equivocarnos serán 
argumentos que hablen a su favor y en su contra. Hagamos 
honor a otra de las grandes: Pseudomonas aeruginosa.
 Si revisamos la biotecnología contemporánea y sus 
aplicaciones, no podremos describir su historia sin las bac-
terias. Algunas, como las especies del género Pseudomo-
71
nas, producen hormonas que facilitan el crecimiento vege-
tal. Las hormonas vegetales o fitohormonas son moléculas 
producidas por las plantas y algunos microorganismos 
que son muy utilizadas en la agricultura para aumentar el 
rendimiento de muchas cosechas. Estas bacterias se hacen 
crecer en un fermentador bajo condiciones controladas de 
aireación, agitación y nutrientes, para optimizar el rendi-
miento de producción de estas moléculas. Literalmente, les 
damos de comer y las obligamos a producir lo que quere-
mos. 
 En la agricultura, las bacterias también son muy 
usadas en el control biológico. Muchas bacterias produ-
cen metabolitos con diferentes características que inhiben 
o impiden el crecimiento de otras bacterias o de hongos 
que atacan a las plantas y disminuyen los rendimientos de 
cualquier cosecha. En este sentido, se destacan también las 
especies del género Pseudomonas, y otras como: Serratia, 
Flavobacterium, Bacillus, Burkholderia, entre otras.
 Hemos mencionado a Pseudomonas como una 
bacteria benéfica para el hombre. Sin embargo, no siempre 
sucede así. Si revisamos las estadísticas de cualquier hospi-
tal, seguramente Pseudomonas será de los aislados micro-
bianos que con mayor frecuencia se obtienen de muestras 
clínicas. Estas bacterias, en particular Pseudomonas aerugi-
nosa, pueden ser un patógeno con numerosos atributos de 
patogenicidad. Infecciones óticas, vaginales y en quema-
duras, conjuntivitis y septicemias son de las enfermedades 
más comunes causadas por esta bacteria. En ocasiones son 
muy resistentes a los antibióticos, lo que enloquece a los 
médicos por no saber qué antibiótico aplicar.
 Así están las dos caras de una misma moneda. 
Pseudomonas aeruginosa, bacteria del suelo y el agua que 
puede resultar bien benéfica para las plantas o bien perju-
dicial a la salud del hombre. Sin duda, en muchas ocasio-
nes hemos compartido espacio con ella, ¿pero cómo saber 
cuándo es patógena y cuándo no? Esa es la pregunta para 
la lotería nacional.
 Si de enfermedades hablamos, tenemos que consi-
derar a las drogas microbianas o antibióticos. Los antibióti-
cos son compuestos químicos de naturaleza muy heterogé-
nea que se utilizan en el tratamiento de enfermedades in-
fecciosas causadas por diversos agentes etiológicos. Entre 
los microorganismos, las bacterias son el grupo microbia-
no que causa un mayor número de enfermedades. De este 
modo, se hace necesaria la búsqueda de nuevos antibióti-
cos para combatir enfermedades. Pero, ¿de dónde salen los 
antibióticos? Pueden sintetizarse químicamente, aunque 
los más demandados son los naturales que los producen 
los propios microorganismos, hongos y bacterias. Las bac-
terias producen muchas sustancias con función antibióti-
ca. Así, las mismas que nos enferman nos curan. Ahí está la 
negación de la negación, es el equilibrio de la vida entre lo 
beneficioso y lo perjudicial. Los asiáticos y sus magníficas 
teorías pudieran explicarlo muy bien. 
Otras de las bacterias muy famosas son las especies del 
género Bacillus. Estas son bacterias resistentes. Las hay 
pequeñas o más grandes, alargadas y delgadas o cortas y 
gruesas. Todas se parecen en algo: cuando las condiciones 
de su vida se hacen desfavorables, su célula se convierte en 
una estructura que se llama espora o endospora bacteriana. 
Es una estructura fuerte, resistente al calor y a la falta de 
agua y puede persistir por cientos de años. Una vez que 
sus condiciones de vida se hacen felices, entonces de esta 
estructura vuelve a surgir la célula de la bacteria. Es de las 
cosas que hacen a estas criaturas interesantes y desafían la 
adversidad. Son bacterias principalmente del suelo y tam-
bién, como en todos los cuentos, habrá buenas y malas.
Bacillus cereus y Bacillus antrhacis, son casi primas herma-
72
nas. Se parecen mucho y comparten muchas similitudes en 
sus funciones y en su manera de vivir. Pero hay una dife-
rencia muy marcada, ésa es la diferencia entre la vida y la 
muerte. El ántrax es una enfermedad respiratoria de difí-
cil tratamiento y en muchas ocasiones mortal, ocasionada 
por Bacillus antrhacis. Cuando las esporas de esta bacteria 
son inhaladas y llegan a nuestros alveolos pulmonares, sus 
células producen numerosas toxinas que en poco tiempo 
pueden terminar con nuestras vidas. Es un cuadro clínico 
complicado, de pronóstico reservado y de lucha contra el 
tiempo. Demanda potentes antibióticos y un seguimiento 
médico personalizado, además su contagio es un serio pro-
blema.
 Sin embargo, su prima Bacillus cereus, ha resulta-
do una bacteria de la cual el hombre se ha auxiliado para 
producir un grupo enorme de sustancias de interés farma-
cológico e industrial. De ella se han obtenidos antibióticos, 
plásticos biodegradables, polímeros, bioplaguicidas, enzi-
mas, entre otros muchos compuestos de utilidad. Las dos 
primas van de la mano muchas veces, una haciendo gala 
de su beneficencia y la otra llevándose las páginas de los 
diarios con cada víctima. 
 Bacterias, bichos, microbios, así muchos las bau-
tizan. Llamémoslas bacterias, así suena mejor. Ya sabemos 
de sus travesuras y de sus aspectos positivos. Son como no-
sotros con virtudes y defectos; no las estereotipemos como 
malas, no lo merecen. A partir de este momento, espere-
mos que nuestra visión de las bacterias cambie y si nos pre-
guntan en cualquier plaza de México o el mundo por ellas, 
sabremos narrar un cuento que sea de terror pero también 
de felicidad.  
 Estemos conscientes que nos podemos cuidar de 
ellas, hacerles más difícil la tarea de enfermarnos, pero 
nunca podremos apartarlas de nuestras vidas, eso sería un 
imposible, o tendríamos que vivir en una burbuja.
 Conocerlas, aunque sea por curiosidad, siempre 
resulta prudente. Por eso, cuando llegues a casa después de 
leer esta crónica, háblale a tus padres, hermanos y amigos, 
que las bacterias son así de increíbles: nos enferman, nos 
curan, nos brindan beneficios, nos hacen vivir y nos hacen 
morir.
Entonces… ¿Bacterias: Amigas o enemigas?, saque cada 
cual su propia conclusión…
73
Una noche en brazos de venus y toda una 
vida de mercurio
Alicia Cañas Linares
Durante muchos años se pensó que las enfermedades eran 
provocadas por dioses malos que castigaban a la humani-
dad ante sus pecados, y para curar dichas afecciones la úni-
ca opción eran las plegarias.
 En esta ocasión hablaremos de las enfermedades 
venéreas, enfermedades que han afectado a todos los es-
tratos socioeconómicos, ya que desde la antigüedad fueron 
protagonistas de episodios vergonzosos en la trayectoria de 
hombres eminentes y distinguidos de la sociedad.
 En el transcurso de la historia, las enfermedades 
venéreas han reducido la población más que las armas; ci-
fras que llegaron no sólo a nivel de epidemia, sino inclusive 
a pandemia, tal es el caso de la gonorrea, la sífilis y el sín-
drome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA). 
 Nos enfocaremos en la sífilis, padecimiento que se 
transmite casi siempre por contacto sexual, con excepción 
de la sífilis congénita que se desconocía en la antigüedad y 
que ahora sabemos que es transmitida de madre a hijo.
 En principio la palabra sífilis proviene del nombre 
‘Syphilo’, poema que escribió el médico y filósofo Girolamo 
Fracastoro (1478-1553) en el que el dios Apolo castiga al 
pastor Syphilus con una nueva, terrible y desconocida en-
fermedad por haber blasfemado en contra el dios Sol. 
 Los síntomas que manifestaban era lesiones en la 
boca, pene, vagina o región perianal, donde había flujo, por 
ello se pensaba que era como la segunda fase de la gono-
rrea y poco a poco las lesiones se extendían en casi todo el 
cuerpo del paciente. Los médicos confundían la enferme-
dad porque algunos síntomas eran propios de otros pade-
cimientos; más tarde se percataron de que se trataba de una 
nueva enfermedad, de la cual no tenían idea de cómo com-
batirla, sólo sabían que estaba relacionada con las relacio-
nes sexuales; por ello empezaron a utilizar mercurio, pues 
se pensaba que podría desintoxicar el cuerpo y así lograr 
que la enfermedad saliera del cuerpo del paciente. Este ele-
mento químico era conocido por su poder para curar en-
fermedades de la piel, prevenir el reumatismo, la disentería 
y los cólicos e inclusive para el mal de ojo y curiosamente 
también era usado como afrodisiaco. 
 En el caso de la sífilis, la técnica que utilizaban 
consistía en colocar al paciente en una especie de cajón cu-
briendo la totalidad del cuerpo, a excepción de la cabeza 
que permanecía al aire; en el interior se esparcía mercurio 
y así con el calor del encierro y la plata liquida la enfer-
medad era remediada. De ahí surgió la famosa frase “Una 
noche en los brazos de Venus toda una vida de mercurio”.
 Se tenía la idea de que el mercurio era demasiado 
pesado y agresivo, por ello se empezó a diluir; Aristóteles, 
por ejemplo, recomendaba diluirlo con saliva, médicos de 
otras épocas lo diluían con leche o vino.
 Teofrasto Paracelso, alquimista, médico y astrólo-
go suizo (1493-1541), fue de los primeros en afirmar que el 
mercurio causaba más males que las enfermedades que cu-
raba. Sin embargo, lo recomendaba ingerido pues suponía 
que al ser tragado el cuerpo podía expulsarlo a través de la 
orina, heces o sudor. Otros mercurialistas lo recomenda-
ban en presentación de ungüento e inhalado, pero como 
era de esperar, el mercurio sólo terminaba agravando la 
enfermedad, vulnerabilizando al paciente del cual era fiel 
compañero hasta la muerte.
 ¿Qué es entonces lo que causaba este raro padeci-
miento de la sífilis? ¿Era acaso castigo de los dioses como 
por tanto tiempo se había pensado?, incluso la Iglesia se 
negaba a que los infectados fueran tratados medicamente, 
74
pues consideraban que merecían la enfermedad por llevar 
una vida inmoral dando gozo a sus pasiones.
 No fue hasta el siglo XlX en que los avances en los 
campos de la biología y la medicina causaron gran revue-
lo, pues fue el punto de partida de grandes adelantos en la 
patología. Se logró el entendimiento del mecanismo de las 
enfermedades con la teoría de los gérmenes, propuesta por 
Louis Pasteur en 1859, en que se explicaba que los procesos 
infecciosos eran producto de bacterias. 
 En 1905 Shaudin y Hoffmann, originarios de Ber-
lín, Alemania, descubrieron que el agente causal de la en-
tonces invencible sífilis, era la bacteria Treponema pallidum 
y por asombroso que parezca, un año más tarde Wasser-
mann ideó la forma para diagnosticar dicha espiroqueta. 
Detectarla fue un punto substancial para curar la letal sífi-
lis y representó la pieza clave en el desarrollo de un medi-
camento correctivo para la tan temida y escalofriante en-
fermedad. El brillante médico alemán, considerado padre 
de la quimioterapia, Paul Ehrlich (1854-1915), junto con su 
asistente japonés, Sahachiro Hata (1873-1938), tras haber 
probado 605 compuestos, lograron sintetizar una sustancia 
con propiedades espirilicidas (es decir, que destruye espiri-
los o espiroquetas) y que únicamente atacaba a la bacteria y 
no al huésped que la contenía. El compuesto resultante (el 
número 606) es un derivado del arsénico al cual nombra-
ron arsénico que salva o Salvarsán. Finalmente, en abril de 
1910 fueron distribuidas gratuitamente un aproximado de 
65,000 dosis en los principales hospitales europeos.
 El fármaco de Ehrlich curó algunos casos de sífilis; 
sin embargo, en otros casos los pacientes perecieron de-
bido a que el medicamento no fue bien administrado o se 
empleó en casos terminales. Esto último llevó a la cárcel in-
justamente al propio Ehrlich. Quiso reivindicarse y cuatro 
años más tarde mejoró el producto llamándolo Neosalvar-
sán, más fácil de disolver y usar, y más eficaz. 
 Había importantes problemas acerca de las infec-
ciones porque limitaban gran parte de trabajo de los mé-
dicos; un niño, por ejemplo, con una pequeña herida era 
candidato a una septicemia; un alto porcentaje de mujeres 
moría en la asistencia al parto. Se prefería realizar una am-
putación que arriesgarse a que una infección provocara la 
muerte.
 En 1928, con las cajas petri en su mesa de trabajo, 
Alexander Fleming  notó que en una de ellas, donde rea-
lizaba cultivos de la bacteria Stafilococcuos aureus, crecía 
un hongo denominado Penicillium notatum que impedía 
el desarrollo de sus microorganismos de estudio. Fue en-
tonces que después de aquella observación y meticulosos 
experimentos, Fleming aisló el hongo elaborando así, un 
nuevo antibiótico: “la penicilina”.
 La penicilina resultó ser un milagro de la ciencia: 
era una droga eficaz para curar a la gente de la mayoría de 
las infecciones;  salvó miles de vidas, y fue usada con  ver-
dadero éxito para curar la sífilis….
La bacteria culpable: ¿quién es Treponema pallidum? 
Con la forma de una serpiente útil para su desplazamiento, 
prolongaciones en los extremos que le sirven para fijarse al 
huésped y con una longitud 10,000 veces menor a la de una 
de tus pestañas, encontramos a T. pallidum, quien, entre 
otras características, tiene una cubierta protectora llama-
da cápsula compuesta de un polisacárido que la protege de 
la toxicidad del oxígeno y de los anticuerpos que nuestro 
cuerpo produce. Igualmente posee una mucopolisacarida-
sa, que es una enzima que favorece el intercambio celular.
 T. pallidum se ha preservado en la naturaleza, 
gracias a que cada treinta y tres horas una espiroqueta 
da origen a otras dos. A esta estrategia de reproducción 
75
se le conoce como fisión binaria. Un dato curioso es que 
T.pallidum, es de las pocas bacterias que no se ha logrado 
cultivar in vitro, lo cual ha dificultado su estudio. 
 Esta bacteria resulta ser sensible a temperaturas 
por encima de 45°C, temperatura a lo que nosotros no po-
demos exponernos para eliminarlas, por lo que se han bus-
cado otras alternativas para erradicarla.
Patogenia y sífilis
El periodo de incubación de la enfermedad es en promedio 
de 3 semanas, tiempo en el cual las espiroquetas actúan si-
lenciosamente en el organismo. De acuerdo a la evolución 
clínica, la sífilis del adulto se divide en: temprana, secunda-
ria, latente y tardía.
 En la sífilis temprana, la bacteria provoca la apa-
rición de lesiones iniciales de chancro indoloras, que rápi-
damente se convierten en una llaga circular u ovalada con 
bordes rojizos. Aunque el paciente no reciba tratamiento, 
el chancro desaparece dejando únicamente la cicatriz.
 En la fase tardía, los síntomas suelen ser variados y 
la enfermedad suele ser confundida con otras de síntomas 
similares. Cuando la bacteria alcanza su estado latentes, no 
hay síntomas ni signos de la enfermad, únicamente se co-
noce el diagnóstico mediante estudios de laboratorio. Sólo 
el 25% de los pacientes con sífilis latente pueden desarro-
llar sífilis tardía.
 Actualmente se busca encontrar pruebas más sen-
sibles para la detección temprana de la enfermedad. En lo 
que respecta al tratamiento es inyectada una dosis única de 
penicilina benzatínica y en caso de alergia a la penicilina, 
se utiliza eritromicina y tetraciclina.
A falta de una vacuna eficaz, el control de la sífilis depen-
derá de su diagnóstico, tratamiento y la educación sexual 
que se tenga; aunque curiosamente en los años 80´s y 90´s 
se ha reducido la enfermedad por el uso generalizado del 
preservativo ante el temor a contagiarse de VIH y otras en-
fermedades causadas por bacterias.
76
Las bacterias y el desarrollo 
del cerebro
Edmundo Calva Mercado
El microbioma humano está constituido por los microor-
ganismos o microbios que se asocian normalmente al cu-
erpo humano. L gran mayoría de estos microorganismos 
son bacterias. El microbioma es indispensable para nuestra 
vida como la conocemos; de hecho, la gran mayoría de estas 
bacterias residen en nuestro intestino y muchos estudios 
apuntan a que influyen en nuestros procesos digestivos Se 
ha visto, recientemente, que individuos que pasaron de un 
sobrepeso a un peso normal sufrieron un cambio radical 
en la constitución de especies bacteriana en su intestino. 
Esto es, no es difícil concebir que las reacciones bioquími-
cas que se llevan a cabo en las bacterias nos ayudan a di-
gerir diferentes alimentos. Por ello, también se trabaja en 
discernir cómo la constitución de la población bacteriana 
en nuestro intestino varía con base en el tipo de aliment-
ación, lo cual es influido fuertemente por la cultura. Es de 
resaltarse, además, que se postula que tenemos asociadas 
al cuerpo humano diez veces más células de microrganis-
mos que células humanas; lo que nos hace cuestionarnos si 
somos más bacteria que humano. Este número de células 
bacterianas se estima que pesa hasta dos kilogramos. Pues 
aunque son muy numerosas son mucho más pequeñas que 
una célula humana. 
 Recientemente se publicó un artículo (referencia 
1) en donde los datos apoyan la hipótesis de que la pres-
encia de microbioma intestinal influye significativamente 
en el desarrollo del cerebro, en un modelo de ratón. Para 
ello se utilizaron dos variedades de ratones hembras: una 
carecía de microbios intestinales (GF del inglés “germ-free”) 
y la otra tenía su microbioma intestinal normal, pero carecía 
de bacterias patógenas, esto es, de las que causan enferme-
dades (SPF del inglés, “specific-pathogen free”). Resultó que 
la progenie de los ratones GF tenían niveles más elevados 
de síntesis y degradación de compuestos involucrados en 
la transmisión de señales nerviosas (neurotransmisores), 
como son la norepinefrina, la dopamina y la serotonina, en 
una región que se encuentra en la subcorteza de la parte 
anterior del cerebro que se denomina cuerpo estriado. La 
serotonina, por ejemplo, está involucrada en regular mu-
chas funciones, como son las receptivas que incluyen el 
miedo y la ansiedad.
 Por otro lado, la progenie de los ratones SPF ex-
presaban mejor algunos genes que determinan la habilidad 
de generar sinapsis – o conexiones entre las neuronas, o 
células del sistema nervioso- que la progenie de los ratones 
GF. En otras palabras, la evidencia apunta a que el micro-
bioma intestinal influye para que el cerebro se desarrolle 
de manera diferente en los ratones SPF en comparación 
con los ratones GF.  En la Figura 1 observamos unas áreas 
iluminadas en el cerebro de un ratón proveniente de una 
madre GF. Esta luz es generada a través de un método que 
nos permite observar la actividad genética, en este caso de 
un gen (NGFI-A) que determina el desarrollo del cerebro. 
Esto es, la actividad cerebral está estimulada en el ratón 
cuya madre tenía bacterias intestinales. De manera muy 
importante, los autores reportan que los ratones prove-
nientes de madres GF mostraban menos ansiedad y un 
aumento en la actividad motriz; lo que también refleja 
diferencias en la síntesis  y degradación de los neurotrans-
misores. 
 Los autores proponen que el microbioma intesti-
nal podría modular señales al cerebro a través del nervio 
vago, unos de los nervios que inerva el sistema gastroin-
testinal, entre otros. También proponen la modulación de 
77
los niveles de los transmisores nerviosos en el intestino, a 
través de reacciones bioquímicas mediadas por las bacte-
rias. En otro estudio, referido por los autores de este artí-
culo, se observó que la adición de un microbioma intestinal 
a ratones GF resultó en la elevación de los niveles de se-
rotonina en la sangre; serotonina que podría provenir del 
propio intestino. 
 Finalmente, los autores del artículo postulan que 
la exposición a los microorganismos del microbioma in-
testinal de la madre, durante el nacimiento, podría influir 
en el desarrollo cerebral. Esto es, que no sólo son nuestros 
genes humanos los que determinan la composición de 
nuestro cerebro, sin que también nuestros genes bacte-
rianos. En este sentido, vale la pena comentar sobre un 
concepto moderno de gran relevancia. Se propone que 
nuestras características como seres humanos no sólo están 
dadas por los genes que heredamos de nuestro padre y de 
nuestra madre (genoma humano), a través de lo que llama-
mos transferencia vertical, sino también por los genes que 
aportan nuestra población microbiana. Esta población la 
adquirimos a partir del nacimiento y proviene del medio 
ambiente, por lo que se conoce como transmisión horizon-
tal. Esto es, el genoma humano, o lo que tradicionalmente 
considerábamos el conjunto de genes que determinan 
nuestras características, es más bien un metagenoma hu-
mano, que abarca también los genomas de los microorgan-
ismos que tenemos asociados, como se ilustra en la Figura 
2. En este concepto, nuestra dieta tendría una influencia 
en la composición microbiana  de nuestro microbioma, el 
cual interactúa con nuestro genoma humano en un proce-
so recíproco, a través de compuestos químicos relevantes, 
producidos tanto en los microorganismos como en las cé-
lulas humanas y determinados por la información en los 
respectivos genes.
Finalmente, no se puede descartar que los pacientes que 
toman antibióticos para infecciones intestinales puedan, 
por tanto, sufrir un cambio en su microbioma intestinal que 
los lleve a alteraciones mentales. El aumento del autismo-
un trastorno en el desarrollo que conlleva a problemas de 
comunicación y socialización- y la ansiedad en el mundo 
más desarrollado podría ser consecuencia, asimismo, de 
un escaso contacto con los microbios. Y podríamos añadir: 
¿si realmente las bacterias hacen algo por nuestros cere-
bros, qué hace nuestro sistema nervioso por las bacterias? 
Mucho trabajo se requiere para elucidar estos fenómenos.
 Bibliografía:
1. “Normal gut microbiota modulates brain development and 
behavior” por R Díaz-Heijtz, S. Wang, F. Anuar, Y. Qian, B. 
Bjorkhol, A. Samuelsson, M.L. Hibberd, H. Forssberg y S. 
Pettersson. Proceedings of the National Academy of Scienc-
es (USA) 108: 3047-3052, 15 de febrero, 2011. 
 Si quieres leer más de este tema, te recomendamos consultar:  Hot 
topics in gut microbiota, United European Gastroenterology 
Journal 2013 1: 311. Joël Doré, Magnus Simrén, Lisa Buttle and 
Francisco Guarner. (La version en línea de este artículo la puedes 
encontrar en:  http://ueg.sagepub.com/content/1/5/311)
Este artículo apareció el lunes 01 de Agosto del 2011 en el periódico 
La Unión de Morelos en colaboración con la Academia de Ciencias 
de Morelos. 
78
Figura 1. Cortes transversales de cerebros de ratones 
jóvenes nacidos de madres SPF o GF. La mayor actividad 
de un gen relacionado al desarrollo de cerebro. Figura to-
mada de la referencia citada
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Figura 2. El metagenoma humano está constituido por el 
genoma convencional, los genes que se heredan del padre 
y de la madre, y por los genes de los microorganismos 
que cohabitan con los humanos o microbioma humano; 
la mayoría de dichos microorganismos son bacterias y se 
encuentran en el intestino. Estos dos mundos genéticos 
interactúan el uno con el otro a través de compuestos 
bioquímicos. La constitución del microbioma humano 
está influida por la dieta,  y el resultado de la interacción 
resulta en la salud o enfermedad.
79
En la mira
Rocío Mejía Ornelas
I
El búfalo ha perdido su tono castaño. En cada resoplido 
adquiere una renovada juventud. La muerte siempre sos-
iega a la vejez. Los primeros bostezos del sol danzan en la 
distancia y lamen el rojo pelaje de la bestia. El rojo de la 
venganza.
II
La discusión se estaba poniendo acalorada en el intestino 
delgado. Y eso, por decirlo de algún modo,  no le convenía 
a la horda de bacterias Gram negativas alojadas en el ór-
gano, susceptibles a un cambio elevado de temperatura. 
Las bacterias pertenecientes al biotipo Clásico movían sus 
flagelos furiosos, anhelando romperles la pared celular a 
los del biotipo El Tor. 
 “Perro Rabioso”, líder del biotipo El Tor, insultaba 
al líder del biotipo contrario, llamado en los peores tugu-
rios de las alcantarillas como “Muerte Blanca”.
 Perro Rabioso deseaba dirigir a todos los agremi-
ados de su biotipo hacía la cacería más grande conocida 
hasta ahora por las bacterias. “Lo virus quedarán como 
unos estúpidos después de ésto”, decía Perro Rabioso mien-
tras los flagelos de millones de fanáticos se movían de ex-
citación. A una célula calciforme de la pared del intestino 
delgado, le pareció gracioso soltar el comentario a Perro 
Rabioso que no eran más que “unas procariotas insulsas 
que pretendían conquistar un organismo perfecto y mara-
villoso, cuando ni siquiera tenían el núcleo definido”. Las 
bacterias odian que les recuerden el detalle de su “núcleo 
indefinido”. La célula calciforme fue callada a la orden de 
“intoxíquenla” por parte de Muerte Blanca. 
Posterior a dos horas de polémica entre los líderes de los 
biotipos, decidieron dar inicio a la cacería. Exterminada la 
presa, harían un análisis de qué biotipo había generado la 
mayor cantidad de toxinas para saber quién era el ganador. 
Lo importante era hacerlo en el menor tiempo posible. En 
tres horas como máximo.
III
Los susurros de la tierra se confunden con los nostálgicos 
pensamientos de los liberianos. El señor Calleja regresa 
después de varios minutos de haber desaparecido entre la 
vegetación.  Tiene la cara descompuesta y, a pesar de las 
altas temperaturas, tiene escalofríos. El extranjero, agobia-
do por el dolor abdominal, no descubre la tristeza silencio-
sa emanada por aquellos nativos famélicos, nacidos en una 
tierra a no tantos kilómetros de ahí, que se les antoja todo, 
menos suya. Los liberianos, por su parte, no detectan que 
el mexicano esta pálido. Lo que sí perciben con molestia es 
el olor fétido que le acompaña; parece traer en las entrañas 
un océano putrefacto. 
 Partieron a las cuatro de la tarde de la aldea 
Djouroutou rumbo al Parque Nacional Tai, en Costa de 
Marfil. Matar no es suficiente cuando está permitido, dijo 
el Señor Calleja a los hambrientos liberianos, así que el 
parque satisfacía esa necesidad de quitar vida para sentirse 
vivo; necesidad heredada de su abuelo y que había apren-
dido a disfrutar desde los siete años, cuando mató a palos 
al perro de su hermana.
 Ahora, a sus setenta años, el señor Calleja tiene la 
ansiedad de un íncubo que se sabe en decadencia y ansía 
violar a la naturaleza en donde más le punce. 
 Los liberianos parecen trozos de cielo nocturno 
que albergan en sus sonrisas una constelación de estrellas 
moribundas. Están silenciosos, saben que el búfalo no tar-
80
dará en llegar a beber agua al pantano. Es un macho impo-
nente y peligrosamente resentido; un solitario expulsado 
hace poco de la manada. Los ojos negros del animal ahora 
se asemejan a la tristeza de los liberianos. 
 El señor Calleja se para por quinceava vez a evac-
uar. Cada vez se le nota más cansado y apático. Su cuerpo 
tiene la apariencia de estarse convirtiendo en un despojo de 
carne seca. Los liberianos se preocupan, si se les muere el 
mexicanito se meterán en problemas. Los nativos le dicen 
al extranjero que mañana pueden volver a intentarlo, que 
es mejor irse a ver un médico. El señor Calleja, abrumado 
y delirante, tiene problemas para hablar en inglés y grita a 
los liberianos una combinación de insultos en español. Los 
liberianos se encojen de hombros, recogen sus cosas y se 
marchan. Si se muere el mexicanito, la selva se encargará 
de devorarlo y no dejar rastro. 
 El señor Calleja tiene la visión borrosa pero, echa-
do entre la hierba apuntando con su rifle hacia el pantano, 
observa cuando el animal se acerca en forma de fantasma 
circunspecto.
IV
La cacería estuvo muy pareja. Sin embargo, los miembros 
del biotipo Clásico lograron generar la mayor cantidad de 
toxina termolábil para sorpresa y frustración del biotipo El 
Tor. El charco de la última mierda de la presa es un recinto 
de gritos y flagelos agitados. Se dice que hubo fraude y un 
mal conteo. Muerte Blanca le espeta a Perro Rabioso que 
nadie la llama mentirosa. El calor de la madrugada seca 
la acuosidad de las heces y los miembros de ambos bio-
tipos mueren, más que por la temperatura, por la  cólera 
surgida en último momento que propició un regadero de 
citoplasma.
V
El búfalo refresca su hocico en el pantano, espejo de un 
cielo distante e indiferente. Escucha unos lamentos. Hay 
un animal muriendo a pocos metros. No se inmuta. Todos 
mueren. Él lo hará cuando la soledad se le haga insoport-
able.
 El búfalo seguiría bebiendo tranquilamente, pero 
escucha algo que reconocería en cualquier territorio: el 
maldito sonido de un rifle cortando cartucho. 
 A pesar de la penumbra, la mirada del Señor Calle-
ja se deposita por instinto con los del animal. Hay un in-
tercambio de rabia entre ambos. El cazador da uno de sus 
últimos respiros para levantarse. El corazón parece que le 
corre dentro del pecho.  Al búfalo le hierve la sangre, mas 
tiene duda de si eso que está postrado frente a él es un ser 
vivo; parece más un cadáver endemoniado.
 El señor Calleja siente que ese último disparo al-
berga toda su ira y, cuando sea expulsada de la boca de su 
amada, podrá obtener la paz que nunca ha tenido.
 Y lo hubiera logrado si tan sólo no hubiera bebido 
ese demitasse dekar antes de partir a la cacería, ofrecido 
por una mulata, a la cual  pagó menos de lo acordado por 
tener sexo que, para colmo, duró muy poco. La bebida fue 
preparada con agua del escusado, donde reinaba Perro Ra-
bioso. A Muerte Blanca lo adquirió al introducir su lengua 
en las prominentes nalgas de la joven. El Señor Calleja, sin 
saberlo, metía dentro de sí a dos feroces cazadores.
 Cuando el extranjero quiere jalar del gatillo, su 
corazón hace un alto a tanta estupidez. Lo último que ve el 
Señor Calleja antes de desplomarse, es la sombra enarde-
cida del animal a punto de cornearlo. 
 
81

83
Bacterias y biotecnología
Bacterias E. coli que expresan proteínas fluorescentes 
Imagen: Yoloxochitl Sánchez Guevara
(Ver imagen a color en páginas centrales) 
Sabías que…
Bajo condiciones ambientales favorables, las bacterias se re-
producen muy rápidamente: la población puede duplicarse 
¡cada 20 minutos!
En la naturaleza, el alginato, sustancia que se ha utilizado 
en la producción de alimentos, lo producen algas conocidas 
como “algas cafés o pardas” así como la bacteria Azotobacter 
vinelandii. 
Para la producción de la bebida conocida como aguamiel se 
ocupan bacterias como Leuconostoc kimchii, L. citreum y 
Lactobacillus acidophilus.
Ralstonia metallidurans y Deinococcus radiodurans son co-
nocidas como bacterias muy resistentes ya que pueden tole-
rar niveles muy altos de metales tóxicos y de radioactividad 
respectivamente.
En 1979 se producen en bacterias, las hormonas humanas 
somatostatina e insulina. 
México es el primer país de Latinoamérica en que se produjo 
insulina humana recombinante a partir de la asociación de 
las dos cadenas que forman este hormona.
Thermus aquaticus es una bacteria que se descubrió en una 
de las fuentes termales del Parque Nacional de Yellowstone 
en Estados Unidos. A partir de proteínas que produce esta 
bacteria se puede amplificar en el laboratorio el material ge-
nético de otros organismos.
Bacillus megaterium y Azotobacter vinelandii son ejemplos 
de bacterias que pueden producir bioplásticos.
84
85
Microbios, fermentaciones y biotecnología
Enrique Galindo Fentanes
Los microbios o “microorganismos” sin duda han sido los 
protagonistas más importantes (aunque probablemente 
anónimos) de la biotecnología. Puede decirse que la bio-
tecnología se inició con el cultivo controlado de microor-
ganismos. Leeuwenhoek (en Holanda) fue el primero que 
los vio, aunque fueron Pasteur (en Francia) y Koch (en 
Alemania) quienes por primera vez demostraron que los 
microorganismos eran responsables de actividades bioló-
gicas específicas, tales como la fermentación alcohólica y el 
agente causal de algunas enfermedades. 
 Los microorganismos más utilizados en biotec-
nología son las bacterias, las levaduras y los hongos. Las 
bacterias son los más sencillos de ellos, miden menos de 
una micra (que es una milésima parte de un milímetro) y 
se reproducen por bipartición (esto es, una bacteria genera 
dos de ellas, sin saber cuál es la progenitora). Bajo condi-
ciones ambientales favorables, las bacterias se reproducen 
muy rápidamente: la población puede duplicarse ¡cada 20 
minutos! Las bacterias (y particularmente una de ellas, 
Escherichia coli, que vive regularmente en el intestino hu-
mano) se encuentran entre los seres vivos cuyo material 
genético se conoce en su totalidad y en donde se han de-
sarrollado ampliamente las técnicas de ingeniería genéti-
ca. Existen muchos procesos biotecnológicos que usan el 
cultivo de bacterias. En algunos casos, las bacterias mis-
mas constituyen el producto. Ejemplos de ello lo son las 
bacterias lácticas que se usan como probióticos (esto es, 
estimuladores de crecimiento y/o aprovechamiento de ali-
mentos en animales). En varios casos, las bacterias se usan 
para producir sustancias que constituyen el producto bio-
tecnológico. Un ejemplo es el caso de algunas gomas que se 
usan como texturizantes en la industria alimentaria. Otro 
ejemplo lo constituyen los aminoácidos, usados en alimen-
tación animal y como componente de los caldos de pollo 
industrializados. Las bacterias que han sido transformadas 
por ingeniería genética se usan para producir, por ejemplo, 
insulina humana y las enzimas que se usan en los deter-
gentes biológicos. Las levaduras son microorganismos más 
complejos y más grandes que las bacterias (miden alrede-
dor de 10 micras) y se reproducen por gemación, esto es, 
puede distinguirse a las progenitoras. 
 Las levaduras son los microorganismos que la hu-
manidad ha usado desde tiempos inmemoriales (aún antes 
de saber que eran leva-duras) para producir cerveza, vino 
y pan. Las levaduras (principalmente la levadura de pan, 
Saccharomyces cerevisiae) actualmente también se usan 
como “maquinarias” para producir sustancias por ingenie-
ría genética. Por ejemplo, la vacuna recombinante contra la 
hepatitis B se produce usando esta levadura. 
Los hongos son microorganismos aún más complejos que 
las bacterias y levaduras. Son organismos pluricelulares 
que crecen en largos segmentos (llamados “hifas”) y que 
tienen ramificaciones. Estas estructuras pueden llegar a 
medir del orden de milímetros. Los hongos tienen muy 
amplias capacidades biosintéticas y se usan para producir 
la mayor parte de los antibióticos que se generan por fer-
mentación (como la penicilina), así como enzimas, vitami-
nas, aromas, etc. 
 Además de las bacterias, las levaduras y los hon-
gos, existen otras entidades biológicas que, sin ser mi-
croorganismos, se cultivan por técnicas de fermentación. 
Entre ellos se incluyen a las células vegetales y animales, 
tejidos como raíces o piel, e incluso nemátodos. Con estos 
sistemas biológicos, los problemas de cultivo son más crí-
ticos, ya que requieren condiciones muy especiales para su 
desarrollo. 
86
El concepto “fermentación” fue acuñado por Pasteur para 
describir el desarrollo y actividad de microorganismos bajo 
condiciones anaerobias (i.e. en ausencia de oxígeno, como 
es el caso de la producción de alcohol). Sin embargo, ac-
tualmente “fermentación” tiene un significado más amplio 
y se refiere a las técnicas de cultivo de microorganismos 
(o células u organismos en suspensión) bajo condiciones 
controladas. En consecuencia, un “fermentador” es un re-
cipiente en donde se promueve el crecimiento de células u 
organismos con el fin de producir un producto específico, 
el cual puede ser el microorganismo, célula u organismo 
per se, o bien alguna sustancia producida por ellos. 
 El fermentador tiene los objetivos fundamentales 
de mantener la esterilidad (que permita el cultivo exclusivo 
de la especie biológica de interés) y el de proporcionar las 
condiciones ambientales (i.e. temperatura, nutrientes, etc.) 
óptimas para el objetivo en particular del proceso. Existen 
algunos aspectos que son importantes para lograr fermen-
taciones exitosas a nivel industrial. Uno de ellos que resulta 
crítico es lo que se llama el “escalamiento” del proceso. Es-
calar un proceso consiste fundamentalmente en reprodu-
cir (y en ocasiones mejorar) lo que se logró en el nivel de 
investigación (generalmente en matraces o fermentadores 
de laboratorio) en fermentadores de nivel industrial, los 
cuales tienen volúmenes de entre los cientos y los miles de 
metros cúbicos. Con el escalamiento también se pretende 
que el producto se pueda producir de la forma más bara-
ta posible. Gracias a estas técnicas es que contamos, por 
ejemplo, con antibióticos (como la penicilina) de muy bajo 
precio. 
 El proceso biotecnológico no culmina con la fer-
mentación. Una vez producida la sustancia u organismo 
de interés, es necesario -en mayor o menor medida- sepa-
rar, extraer, concentrar y purificar el producto en cuestión 
del “caldo” de fermentación. Estas operaciones pueden ser 
incluso más complejas (y más costosas) que las de fermen-
tación. Esta es una de las razones por las que algunos pro-
ductos biotecnológicos (principalmente en el ramo farma-
céutico) son de muy alto valor agregado. 
Libros recomendados:
“Los cazadores de microbios”. Paul de Kruif, Ediciones Le-
yenda, México (1999).
“La biotecnología”, Agustín López-Munguía, Colección 
Tercer Milenio, CONACULTA, México (2000).
“El Secreto de la Vida”, Joseph Le-vine & David Suzuki, 
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM; 
Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería, A.C., 
México (2000 
Este artículo apareció el lunes 09 de Julio del 2007 en el 
periódico La Unión de Morelos en colaboración con la Aca-
demia de Ciencias de Morelos.
87
Geles, espesantes y una bacteria fascinante
Tania Castillo-Marenco y Carlos Peña Malacara
Todos hemos visto alguna vez los geles, desde la gelatina 
comestible y los geles para el cabello,  hasta algunos me-
dicamentos en forma de gel. Sin embargo, las aplicaciones 
de los geles van más allá de estos usos cotidianos y cada 
día están adquiriendo mayor importancia en el área de la 
medicina y la biomedicina. Su importancia se debe a que 
pueden emplearse como soportes para atrapar ó “inmovili-
zar”, ya sea fármacos (medicinas) o incluso células de dife-
rentes órganos, como el páncreas y el hígado (Figura 1). En 
el caso de los fármacos, se ha propuesto como una alterna-
tiva en el tratamiento de  enfermedades como el cáncer, en 
donde mediante este tipo de geles se pueden incorporar los 
fármacos en regiones localizadas del organismo que per-
mitan su liberación controlada sin que se dañen o afecten 
otros órganos. En el caso de la inmovilización de células, 
los geles se han propuesto como un sistema de “fabricación 
y liberación” de compuestos o sustancias que solo algunas 
células pueden producir, por ejemplo la insulina (la cual se 
produce en células de páncreas),  para el tratamiento de en-
fermedades como la diabetes;  pero también se ha propues-
to el uso de estos geles como soporte de células en procesos 
de trasplantes de algunos órganos.
 No obstante, los geles que pueden ser empleados 
para estos propósitos necesitan cubrir algunas caracterís-
ticas mínimas entre las que se encuentran: ser hidrofílicos 
(solubles en agua), inertes (esto es que no generen algu-
na reacción, con la sustancia o las células que se quieren 
inmovilizar). Además, es necesario que no sean tóxicos y 
que sean “biocompatibles”, esto es que los órganos en los 
que pretenden ser empleados no los rechacen. Aún cuan-
do existen diversos compuestos de origen natural con la 
capacidad de formar geles con alguna o varias de estas 
características existe un compuesto que cubre todas estas 
propiedades: el ALGINATO. El alginato es un polisacárido 
(polímero cuya unidad fundamental son azúcares o carbo-
hidratos), el cual se conforma por unidades de los ácidos 
manurónico y gulurónico (los cuales en su estructura pre-
sentan algunas semejanzas con la glucosa o la fructuosa, 
ambos componentes del azúcar común).
Es importante hacer énfasis en que la composición quími-
ca del alginato es muy importante para que pueda tener 
la capacidad de formar  geles y entre las características 
químicas que nos interesan se encuentra el tamaño de las 
moléculas de alginato (peso molecular), así como la pro-
porción de los azúcares básicos, los ácidos manurónico y 
gulurónico, de los cuales depende la suavidad o rigidez de 
los geles de alginato.
 En la naturaleza, el alginato es producido por algu-
nas especies de algas conocidas como “algas cafés o pardas” 
y bacterias como Azotobacter vinelandii. En el caso de los 
alginatos que se obtienen de algas, estos pueden presentar 
una composición variable, debido a que la producción de 
este polímero, se ve afectada por las condiciones ambienta-
les en las cuales se encuentren los organismos productores. 
En los ecosistemas marinos estas variables no se pueden 
controlar, además de que en estos es común la presencia de 
contaminantes, como metales pesados que pueden afectar 
la composición de los alginatos, lo cual no es deseable para 
su uso en el área médica.
 En cuanto A. vinelandii (Figura 2), se trata de una 
bacteria inofensiva para el hombre, que se desarrolla en el 
suelo, para ser más precisos en la hojarasca. Esta bacteria 
de vida libre (que no parasita a otros organismos), además 
de producir el alginato también es capaz de producir otro 
polímero de interés industrial, el poli-β-hidroxibutirato 
88
(PHB). Cabe mencionar que el alginato es excretado al 
exterior de las células en tanto que el PHB se almacena 
intracelularmente. Otra característica importante de A. 
vinelandii, es su capacidad de asimilar e incorporar el ni-
trógeno atmosférico a su metabolismo, algo que muy po-
cos organismos saben hacer, convirtiéndolo en moléculas 
nitrogenadas que las plantas necesitan para crecer, por lo 
que también se le utiliza como biofertilizante. Finalmente, 
A. vinelandii también se caracteriza por su capacidad de 
diferenciarse (cambiar de forma) en estructuras resistentes 
a la desecación llamadas “quistes”, cuando las condiciones 
ambientales no son favorables. En la Figura 3 se muestra la 
microfotografía de un quiste de A. vinelandii, en donde se 
distinguen dos capas que lo rodean (denominadas intina y 
exina) de las cuales el alginato forma parte y en el interior 
se observan los gránulos de PHB.
 La producción del alginato a partir de células de 
Azotobacter se realiza en cultivos líquidos llamados “fer-
mentaciones sumergidas”, esto es, en un medio líquido 
(agua que contiene los nutrientes que las bacterias requie-
ran para mantenerse, multiplicarse y producir alginato), en 
el que están suspendidas las bacterias y al que se le inyecta 
aire filtrado en recipientes llamados fermentadores o bio-
rreactores. Una de las ventajas de usar este tipo de recipien-
tes es la posibilidad de manipular y controlar las variables 
que influyen en el crecimiento de la bacteria, así como en la 
producción y en la composición del alginato, como son la 
temperatura, la acidez del medio (pH), la agitación (mez-
clado), así como la aireación o suministro de oxígeno.
 Dependiendo de las condiciones de cultivo, esta 
bacteria puede presentar cambios importantes en su mor-
fología (lo cual se denomina pleomorfismo).  La morfología 
de A. vinelandii puede variar desde bacilos (forma alarga-
da) hasta células en forma de cocos (esféricas), y su tamaño 
también puede variar alcanzando hasta 5.0 micrómetros 
(un micrómetro es la milésima parte de un milímetro) de 
diámetro. Otra particularidad que se puede observar en las 
células de A. vinelandii durante su cultivo en biorreactor es 
que puede crecer en forma planctónica (bacterias nadando 
libremente), o bien puede agruparse en cadenas o incluso 
formar agregados irregulares (sin una forma definida y de 
tamaño variable; Figura 4).
 Hace ya algunos años en nuestro laboratorio ob-
servamos que, el suministro de aire y el mezclado afecta-
ban notablemente la producción y composición química 
del alginato así como la morfología de A. vinelandii. A par-
tir de esos estudios se ha podido determinar que cuando se 
realizan cultivos en condiciones donde existe una limita-
ción de oxígeno (cuando el oxígeno que se suministra no es 
suficiente para cubrir todos los requerimientos nutriciona-
les de la bacteria), se favorece la producción de alginato de 
elevado peso molecular. Pero además la bacteria tiende a 
acumular el  PHB, como material de reserva, el cual puede 
representar hasta el 50 % de su peso. En este caso, en el cul-
tivo predominan células esféricas de gran tamaño con diá-
metros entre 2.0 y 5.0 micrómetros. En contraste, cuando 
los cultivos de A. vinelandii se desarrollan en condiciones 
de mayor aireación (sin limitación de oxígeno) las células 
son  pequeñas con un diámetro promedio alrededor de 1.0 
micrómetro (no acumulan PHB). Sin embargo, en estas 
condiciones de cultivo la producción y el peso molecular 
del alginato disminuyen. Además, se ha observado que 
cuando el suministro de oxígeno es bajo y el mezclado es 
deficiente, generalmente por una baja agitación, se favore-
ce la formación de agregados celulares con un tamaño que 
puede alcanzar más de 100 micrómetros.
 Dado que el tamaño del agregado está estrecha-
mente relacionado con la presencia del polisacárido algi-
nato, originalmente propusimos que el alto peso molecular 
89
de este polímero, obtenido bajo condiciones de baja airea-
ción y mezclado, favorecía la formación de agregados. Sin 
embargo, en estudios posteriores en nuestro laboratorio se 
ha demostrado que el alginato no es esencial para la forma-
ción de los agregados de A. vinelandii. Al parecer existen 
otros componentes, probablemente proteínas extracelu-
lares y otros polisacáridos, involucrados en el proceso de 
agregación. 
 Actualmente sabemos que en cultivos en donde se 
generan agregados celulares de más de 100 micrómetros se 
presentan gradientes de oxígeno que afectan la velocidad a 
la cual la bacteria sintetiza el alginato, provocando con esto 
una disminución en la productividad del proceso. En con-
traste, en esa misma condición el polímero que sintetiza A. 
vinelandii es de mayor peso molecular (tamaño), por arri-
ba del que comúnmente tienen los alginatos comerciales 
actuales, provenientes de algas marinas. Estos productos 
bacterianos de gran tamaño exhiben una capacidad visco-
sificante y gelificante superior a la que se puede obtener 
con los alginatos de algas, de tal manera que las cantidades 
que se requieren para alcanzar cierto nivel viscosificante 
en alimentos o productos farmacéuticos, sería menor que 
cuando se usa el alginato comercial convencional. 
A partir del conocimiento generado de los cultivos de A. 
vinelandii en fermentadores, ha sido posible plantear es-
trategias para la producción de alginatos con característi-
cas químicas específicas. Además, se debe mencionar que 
las variaciones morfológicas que se presentan bajo las di-
ferentes condiciones de cultivo se deben a cambios en el 
metabolismo de A. vinelandii que como ya describimos 
impactan en la producción del alginato. El conocimiento 
de estos cambios metabólicos, han dado origen al diseño 
de estrategias de ingeniería genética, para la  creación de 
cepas mejoradas de esta bacteria, para la obtención de al-
ginatos con características químicas definidas. En síntesis 
se puede afirmar que el conocimiento generado sobre el 
comportamiento de una bacteria como A. vinelandii en 
cultivos líquidos abre nuevas posibilidades para diseñar 
procesos para la síntesis de alginatos hechos a la medida, y 
por lo tanto de alta calidad y valor agregado. 
90
Figura 1. Células de hígado (hepatocitos) inmovilizadas en geles 
de alginato
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Figura 2. Matriz de anato en bacterias de Azotobacter vinelandii
(Ver imagen a color en páginas centrales)
Figura 3. Microfotografía de un quiste de Azotobacter vinelandii
(Ver imagen a color en páginas centrales)
 
Figura 4. Agregados formados por Azotobacter vinelandii
(Ver imagen a color en páginas centrales)
91
El pulque, una bebida histórica con impor-
tantes implicaciones biotecnológicas
José Adelfo Escalante Lozada, Martha Giles-Gómez y Gui-
llermo Gosset Lagarda
El uso de microorganismos tales como las bacterias áci-
do lácticas y algunas levaduras como Saccharomyces cere-
visiae, ha sido una práctica común para la conservación 
de diferentes alimentos y bebidas tales como carne, leche, 
jugos, vegetales, masas o la savia de diferentes plantas, a 
través de procesos de fermentación. Durante éstos, la ma-
teria prima o sustrato de la fermentación es transformada 
por la actividad metabólica de diferentes microorganismos 
naturalmente asociados a ella o bien adicionados en la for-
ma de iniciadores, confiriéndole características sensoriales 
(consistencia, olor, sabor, etc.) completamente distintas a 
las del sustrato original y que de forma práctica, permiten 
la conservación del producto modificado durante tiempos 
más largos. De este modo, la fermentación de la leche para 
la obtención de leches fermentadas tales como el yogurt; la 
fermentación del cuajo (fracción de proteínas de la leche) 
para la obtención de quesos madurados; de vegetales para 
dar lugar a productos como el chucrut alemán o el kim-
chii coreano; o la fermentación de granos como la cebada 
para dar lugar a la cerveza, son ejemplos de procesos de 
fermentación de bebidas y de alimentos elaborados desde 
hace siglos.
 En la historia de la humanidad, no existe una re-
ferencia exacta que permita ubicar el origen del uso sis-
temático de la fermentación para la producción de este 
tipo de productos, pero se supone que debieron de ini-
ciar cuando el hombre se volvió sedentario y comenzó a 
producir y almacenar diferentes productos como la leche, 
vegetales y carne fresca. En un principio, la fermentación 
de un producto como la leche fresca, pudo haberse consi-
derado como una contaminación que cambiaba de forma 
radical sus propiedades, siendo común, muy seguramente, 
que se desechara el producto modificado. Sin embargo, la 
curiosidad humana ha sido el motor de una gran cantidad 
de descubrimientos e invenciones que han modificado de 
forma importante nuestro modo de vida, de tal modo, que 
alguien decidió probar esta leche “contaminada” y consi-
deró que tenía características sensoriales, que si bien eran 
distintas a la de la leche fresca, no fueron desagradables 
para el gusto. Al tratar de reproducir este proceso ya sea 
agregando una porción del producto fermentado al sus-
trato fresco (inoculación) o manteniéndolo en las mismas 
condiciones ambientales (p.e. uso de la misma vasija o re-
cipiente, mismo procedimiento de almacenamiento, etc.), 
se puede suponer que se dio origen a la producción siste-
mática de una gran diversidad de productos fermentados 
en diferentes lugares del mundo. 
 Esta actividad se realizó de manera empírica desde 
sus orígenes, hasta que a partir de la segunda mitad del 
siglo XIX y de forma importante durante la primera mitad 
del siglo XX, se comenzaron a aislar, purificar e identificar 
aquellos microorganismos presentes en el producto fer-
mentado final, lo que permitió, aunado al desarrollo de re-
cipientes (fermentadores), poder realizar la fermentación 
bajo condiciones óptimas (condiciones asépticas, sustratos 
específicos, temperatura óptima), surgiendo así procesos 
industriales de producción de diversos productos fermen-
tados dentro de los que destacaron la cerveza o el yogurt. 
Sin embargo, a pesar de que en la actualidad hay una gran 
cantidad de productos fermentados que se obtienen a tra-
vés de procesos industrializados, existe una gran diversi-
dad de procesos de fermentación tradicionales que no han 
92
variado de forma importante su proceso de elaboración a 
través de los siglos. 
 En este contexto, en México existen diversos pro-
ductos fermentados tradicionales dentro de los que destaca 
el pulque, una bebida fermentada alcohólica no destilada 
que se produce por la fermentación de la savia o aguamiel 
extraído de diversas especies de magueyes pulqueros. El 
aguamiel fresco es colectado de plantas seleccionadas a las 
que, una vez alcanzada la edad adulta se perfora  una cavi-
dad desde la parte superior del corazón o piña de la planta 
antes de que nazca el quiote (tallo comestible de la flor del 
maguey) y con esto favorecer un periodo más largo de pro-
ducción de aguamiel. El proceso de fermentación tradicio-
nal del pulque ha permanecido prácticamente sin cambios. 
El proceso inicia con la colecta diaria del aguamiel y su 
inmediata transferencia a un contenedor, tradicionalmente 
una bolsa de piel de cerdo o de cabra llamada cuero o bien 
contenedores de madera conocidos como castañas o re-
cientemente en recipientes plásticos en los que el aguamiel 
es transportado a contenedores (fermentador) hechos de 
diferentes materiales como piel, madera plástico o fibra de 
vidrio, y se ubican en espacios cerrados llamados tinacales. 
El proceso de fermentación inicia con la preparación de 
una “semilla”, la cual es una porción de pulque previamente 
fermentado y preparada de diversas formas que se distri-
buye en los recipientes donde se realizará la fermentación. 
El aguamiel recién colectado es depositado en estos reci-
pientes con la semilla, iniciando así la fermentación hasta 
que después de algunas horas la bebida desarrolla cierto 
nivel de viscosidad y producción de alcohol. Estos crite-
rios se han utilizado de forma tradicional para determinar 
la duración de la fermentación. El producto final está listo 
para su consumo y es una bebida viscosa, efervescente y 
con un grado alcohólico de 4 hasta 7 °G. L. (por lo gene-
ral las cervezas tienen un contenido alcohólico de entre 3 
y 6 °G. L.). Dependiendo del gusto, el pulque se consume 
directamente como suave, fuerte o maduro dependiendo 
del tiempo de fermentación; o bien con la adición de ju-
gos o mezclado con frutas, vegetales o algunos cereales, 
denominándosele como pulques curados (Escalante et al., 
2012). Es importante resaltar que aunque se menciona que 
el pulque está listo para su consumo, en sentido estricto la 
fermentación no se detiene al no aplicar ningún tratamien-
to que detenga el crecimiento microbiano, de tal forma que 
un pulque suave se convierte en fuerte y maduro, si no es 
consumido después de un cierto tiempo de fermentación.
La producción del pulque es un proceso de fermentación 
tradicional que se desarrolla a temperatura ambiente en 
condiciones no asépticas. En él participan diversos grupos 
de bacterias y levaduras que se encuentran naturalmente 
asociados al maguey, al aguamiel y que son incorporados 
durante los procesos de recolección, transporte y mani-
pulación, y así como aquellos que son incorporados al 
ser mezclado el aguamiel con la semilla. Esta diversidad 
de microorganismos desarrolla durante la producción del 
pulque tres tipos de fermentación que definen las caracte-
rísticas finales del producto. La fermentación alcohólica, es 
un proceso en el que participan principalmente levaduras 
como Saccharomyces cerevisae y bacterias como Zymomo-
nas mobilis, siendo ambos microorganismos capaces de 
fermentar los azúcares presentes en el aguamiel hasta eta-
nol; fermentación ácida, realizada principalmente por bac-
terias ácido lácticas y ácido acéticas, las cuales a través de 
sus respectivos  metabolismos son capaces de fermentar los 
azúcares presentes en el aguamiel hasta ácido láctico y áci-
do acético, respectivamente; y una fermentación viscosa, 
en la cual, se sintetizan gomas o polisacáridos producidos 
por bacterias lácticas del género Leuconostoc a partir de la 
93
sacarosa presente en el aguamiel. La producción de estos 
polisacáridos le confiere al pulque su consistencia viscosa 
característica. El carácter efervescente de la bebida se debe 
a la producción de dióxido de carbono, un gas subproduc-
to del metabolismo alcohólico y fermentativo de diversos 
microorganismos (Escalante et al., 2012).
 Los primeros estudios sobre la microbiología del 
pulque realizados por Alfredo Sánchez-Marroquín entre 
1946-1957, permitieron identificar y proponer a las bac-
terias identificadas como Lactobacillus sp. Leuconostoc 
mesenteroides, Zymomonas mobilis y la levadura Saccha-
romyces cerevisiae como los microorganismos esenciales 
en la fermentación. A partir de cultivos puros de estos mi-
croorganismos, Sánchez-Marroquín preparó una mezcla 
para inocular aguamiel esterilizado y desarrollar así una 
fermentación, resultando en un producto final con  las 
mismas características que el pulque de la más alta cali-
dad obtenido de una fermentación tradicional en cuanto 
a contenido de alcohol, viscosidad y acidez  (Sánchez-Ma-
rroquín and Hope, 1953; Sánchez-Marroquín et al., 1957). 
Aunque estos resultados sugieren el importante papel de 
estos microorganismos  durante la fermentación, estudios 
recientes han demostrado la presencia de una diversidad 
microbiana muy compleja conformada por bacterias y le-
vaduras (Escalante et al., 2004; 2008; Lappe-Oliveras et al., 
2008). El análisis de la diversidad bacteriana presente en 
muestras de pulque colectadas del Estado de México, Mo-
relos y del estado de Hidalgo, mostraron la presencia de 
grupos bacterianos que solo estaban presentes en cada una 
de las muestras analizadas, mientras que por otro lado, se 
detectaron grupos bacterianos presentes en las tres mues-
tras. De los microorganismos encontrados (algunos de 
ellos por primera vez en el aguamiel y en el pulque), se des-
tacó la presencia de una bacteria ácido láctica relacionada 
con Lactobacillus acidophilus, el cual fue el microorganis-
mo más abundante en las tres muestras, mientras las bac-
terias L. mesenteroides y Z. mobilis, previamente reportadas 
como microorganismos esenciales para la fermentación, 
solo fueron detectadas en una baja proporción en las tres 
muestras  (Escalante et al., 2004).
El análisis de la diversidad bacteriana presente en el agua-
miel y durante una fermentación de 6 horas, permitió 
identificar a diferentes especies de bacterias ácido lácticas 
en el aguamiel y en diferentes etapas de la fermentación, 
destacándose Leuconostoc kimchii, L. citreum y Lactobaci-
llus acidophilus (Escalante et al., 2008). El estudio detalla-
do de las capacidades metabólicas de algunos de estos mi-
croorganismos permitirá incrementar el conocimiento que 
se tiene sobre el papel de cada grupo microbiano de impor-
tancia durante el proceso de fermentación del pulque.
 La gran diversidad de bacterias ácido lácticas de-
tectadas en el aguamiel y durante la fermentación, aunadas 
a la presencia de compuestos de tipo prebiótico (sustancias 
que favorecen el crecimiento de microorganismos benéfi-
cos en el intestino), tales como la inulina en el aguamiel y 
durante las primeras etapas de fermentación, han tenido 
como consecuencia que desde hace algunos años, varios 
grupos de investigación se hayan enfocado nuevamente 
al estudio de la microbiología del pulque. Como resulta-
do de estos trabajos se han aislado y caracterizado especies 
de bacterias y levaduras que producen enzimas de interés 
industrial tales como la dextransacarasa, que es producida 
por L. mesenteroides y que es responsable de la síntesis del 
polisacárido extracelular conocido como dextrana, el cual 
tiene importantes aplicaciones industriales (Chellapandian 
et al., 1999) y la enzima inulinasa producida por una le-
vadura del género Kluyveromyces, enzima utilizada para la 
degradación de la inulina  (Cruz-Guerrero et al., 2006). Re-
94
cientemente se han aislado e identificado diversas especies 
de bacteria lácticas resistentes condiciones de crecimiento 
que simulan su paso por el estómago cuando el pulque es 
consumido y que son capaces también de inhibir el creci-
miento de algunas bacterias patógenas. Los resultados ob-
tenidos sugieren la capacidad de estas bacterias de tener un 
posible efecto probiótico (bacterias lácticas benéficas del 
intestino). Estos resultados, permiten comenzar a estable-
cer las bases científicas de la farmacopea popular existente 
en torno al consumo del pulque, en la que se le asocia a su 
consumo directo y administrado en preparaciones, diver-
sos efectos benéficos hacia la salud (Escalante et al., 2012).
 En la actualidad el pulque tradicional es una be-
bida que se produce en un bajo nivel de producción en 
regiones rurales principalmente y para su elaboración se 
continúan utilizando técnicas de producción que han va-
riado muy poco respecto al proceso tradicional utilizado 
desde hace cientos de años. Aunque el nivel de producción 
dista mucho de alcanzar el que se tenía al inicio del siglo 
XX y que era estimada en 500 millones de litros anuales 
(Escalante et al., 2012), se han desarrollado de forma exi-
tosa diversos esfuerzos para industrializar el proceso de 
fermentación, dando como resultado la producción de 
pulque enlatado o embotellado, principalmente para el 
mercado internacional. De igual forma, el resurgimiento 
del gusto por el consumo del pulque tradicional como una 
bebida gourmet con características gastronómicas y nutri-
cionales atractivas para el consumidor, ha hecho que esta 
bebida tenga un resurgimiento entre consumidores de las 
grandes ciudades. 
Referencias:
1. Adelfo Escalante, Martha Giles-Gómez, Guadalu-
pe Esquivel Flores, Violeta Matus Acuña, Rubén 
Moreno Terrazas, Agustín López-Munguía, Patri-
cia Lappe-Oliveras. Pulque fermentation (2012). 
In: Y. H. Hui, Ase Slovejg Hansen, E. Ozgul 
Evranuz, Fidel Toldra, Leo M. L. Nollet, Weibiao 
Zhou (Eds) Handbook of plant-based fermented 
food and beverage technology. Vol II. Chapter 43. 
CRC Press, FL. pp: 691-706. ISBN 9781466561458.
2. Alma E. Cruz-Guerrero, José Luis Olvera, Maria-
no García-Garibay and Lorena Gómez-Ruiz. 2006. 
Inulinase-hyperproducing strains of Kluyveromy-
ces sp. isolated from aguamiel (Agave sap) and pul-
que. World Journal of Microbiology & Biotechno-
logy 22: 115–117.
3. Chellapandian M, Larios C, Sánchez-González M, 
López-Munguía A. 1988. Production and prop-
95
erties of a dextransucrase from Leuconostoc mes-
enteroides IBT-PQ isolated from ‘pulque,’ a tradi-
tional Aztec alcoholic beverage. J Ind Microbiol 
Biotechnol21:51–6.
4. Escalante A, Giles-Gómez M, Hernández G, Cór-
dova-Aguilar MS, López-Munguía A, Gosset G, 
Bolívar F. 2008. Analysis of bacterial community 
during the fermentation of pulque, a traditional 
Mexican alcoholic beverage, using a polyphasic 
approach. Int J. Food Microbiol124:126–34.
5. Escalante A, Rodríguez ME, Martínez A, López-
Munguía A, Bolívar F, Gosset G. 2004. Charac-
terization of bacterial diversity in Pulque, a tradi-
tional Mexican alcoholic fermented beverage, as 
determined by 16S rDNA analysis. FEMS Micro-
biol Lett235:273–9.
6. Lappe-Oliveras P, Moreno-Terrazas R, Arrizon-
Gaviño J, Herrera-Suárez T, García-Mendoza A, 
Gschaedler-Mathis A. 2008. Yeasts associated 
with the production of Mexican alcoholic non dis-
tilled and distilled Agavebeverages. FEMS Yeast 
Res8:1037–52.
7. Sánchez-Marroquín A, Hope PH. 1953. Agave 
juice. Fermentation and chemical composition of 
some species. Agric Food Chem1:246–9.
8. Sánchez-Marroquín A, Terán J, Piso J. 1957. Estu-
dios sobre la microbiología del pulque. XVIII. Rev 
Soc Quim Mex1:167–74.
96
Bacterias que limpian sustancias
contaminantes
Lucía Perezgasga Ciscomani y Rodrigo Fernández Mas
¿Alguna vez has visto un derrame de petróleo o escuchado 
de gente intoxicada por cromo o plomo? Nuestro planeta 
es como un gran ser vivo que si no lo cuidamos, puede “en-
fermarse” debido a distintos tipos de contaminación, o por 
la sobre explotación que hace el hombre de los recursos na-
turales. Pero, ¿qué es la contaminación? La contaminación 
es la incorporación al ambiente de sustancias tóxicas, que 
pueden perjudicar a todos los seres vivos y puede ser en el 
agua, aire, suelos, atmosférica o acústica. Este es un proble-
ma que se agrava conforme aumenta la población en el pla-
neta. Y, ¿cuáles son esos contaminantes que nos preocupan 
tanto? Pues son los plaguicidas que se usan para mantener 
los cultivos y el ganado libres de insectos, gusanos, etc., los 
plásticos, los colorantes que se utilizan en la industria textil 
y que al ser desechados a los mantos acuíferos, dañan a 
muchas especies de peces que luego son consumidos por 
los humanos, los metales pesados como el cromo, plomo, 
hierro y uranio y los hidrocarburos policíclicos aromáticos 
(HPAs).
 En la actualidad, todavía se utilizan algunos mé-
todos físicos (puede ser la incineración) y químicos (como 
la óxido-reducción de los contaminantes o la extracción 
con disolventes) para remediar sitios contaminados, sin 
embargo, estos métodos pueden provocar más problemas. 
También se pueden agregar algunas sustancias químicas y 
agua que ayuden a degradar el compuesto en cuestión para 
que posteriormente pueda ser aprovechado por algunos 
microorganismos presentes en el sitio. El uso de agentes 
biológicos (pueden ser microorganismos como las bacte-
rias, hongos, plantas o enzimas) para degradar contami-
nantes presentes en aire, agua y suelos hacia formas menos 
tóxicas, es lo que se conoce como biorremediación.
 Afortunadamente, como ya dijimos, las bacte-
rias han desarrollado la capacidad para degradar distin-
tos compuestos contaminantes. Cuando nuestro planeta 
era joven, las bacterias fueron las primeras en aparecer y 
como las condiciones de la Tierra eran tan diversas, las 
bacterias “aprendieron” a vivir en diferentes ambientes y a 
alimentarse de fuentes orgánicas muy distintas, lo que las 
llevó a desarrollar muchos tipos de metabolismos (suma 
de reacciones químicas para producir energía y su uso para 
sintetizar los componentes celulares).  Las bacterias pre-
sentan las mismas formas de producción de energía que los 
eucariontes (organismos cuyas células tienen un núcleo): 
fermentación a partir de alcohol (como en las levaduras), 
fermentación a partir de ácido láctico (como en los mús-
culos), respiración aeróbica (a partir de oxígeno) y foto-
síntesis oxigénica, además de otros tipos de metabolismos 
que son casi exclusivos de ellas. Presentan tipos especiales 
de fermentación, respiración anaeróbica, litotrofia (uso de 
substancias inorgánicas como fuente de energía), fotohe-
terotrofia (uso de compuestos orgánicos como fuentes de 
carbono durante la fotosíntesis bacteriana), fotosíntesis 
anoxigénica (no se produce oxígeno), metanogénesis (uso 
de hidrógeno como fuente de energía para producir meta-
no) y otras formas de fijar el bióxido de carbono, que sólo 
se conocen en las bacterias.
Las bacterias  pueden vivir en troneras submarinas a tem-
peraturas por arriba del punto de ebullición del agua, o 
a temperaturas bajo cero, como en los grandes glaciares. 
Pueden crecer en condiciones ácidas o alcalinas, en altas 
concentraciones de sal (como en el Mar Muerto), en pre-
sencia de metales pesados, solventes orgánicos y substan-
97
cias tóxicas. Pueden sobrevivir en minas de uranio con al-
tos niveles de radioactividad. 
Por ejemplo, las bacterias del género Thiobacillus crecen en 
pantanos, aguas residuales, minas ácidas, aguas salobres y 
lodos. Obtienen su energía a partir de la oxidación de di-
ferentes compuestos azufrados como el azufre elemental, 
sulfuros y tiosulfatos, convirtiéndolos en sulfatos no tóxi-
cos que pueden ser utilizados por otros organismos. 
 Ralstonia metallidurans y Deinococcus radiodu-
rans pueden tolerar niveles muy altos de metales tóxicos y 
radioactividad respectivamente. Es por ello que estos dos 
organismos, además de bacterias del género Geobacter y 
Desulfobacter, se han utilizado para limpiar sitios contami-
nados con metales como el hierro, cobre, plata y uranio.
Un ejemplo de bacterias que pueden ser útiles para limpiar 
sitios contaminados con plaguicidas son Pseudomonas y 
Flavobacterium, entre otras. Estos dos géneros de bacterias 
producen una enzima que puede degradar plaguicidas or-
ganofosforados, que son muy utilizados en la actualidad, 
son neurotóxicos y representan un grave problema de sa-
lud a nivel mundial.
Fig. 1. Dos ejemplos de plaguicidas organofosforados.
Los hidrocarburos policíclicos aromáticos son el producto 
de una combustión incompleta de compuestos orgánicos 
provenientes de incendios forestales, erupciones volcáni-
cas y en mayor grado, por las actividades humanas (la ac-
tividad industrial, el transporte y la quema de plásticos). 
Estos contaminantes, que son muy tóxicos y cancerígenos, 
se encuentran en el aire, suelo y sedimentos.
Fig. 2. Hidrocarburos policíclicos aromáticos.
La biodegradación del naftaleno es la mejor estudiada por-
que es el hidrocarburo más simple y más soluble. Bacterias 
del género Pseudomonas, Mycobacterium, Corynebacte-
rium, Aeromonas, Rhodococcus y Bacillus pueden degradar 
este compuesto y algunos de estos géneros también pueden 
degradar al benzo (a) pireno (Fig. 2), que es un hidrocar-
buro más difícil de descomponer. 
 En cuanto a la biorremediación de los plásticos, 
que dijimos que eran otro de los contaminantes importan-
tes, éstos pueden ser degradados por bacterias como Baci-
llus, Penicillium, Acidovarax, Sphingomonas, Streptomyces, 
Rhizopus y Pseudomonas.
98
Los colorantes que se usan en la industria textil, son fre-
cuentemente desechados a los cuerpos de agua provocan-
do cáncer, hemorragias, ulceraciones en la piel y daño a los 
riñones, hígado, sistema reproductivo y el sistema nervio-
so central. En un estudio realizado en la India, donde la in-
dustria textil es sumamente importante, encontraron que 
bacterias de los géneros Bacillus, Alcaligenes, Micrococcus, 
Enterobacteriaceae, Lactobacillus, Pseudomonas, Aeromo-
nas y Staphylococcus fueron capaces de degradar 3 tipos de 
colorantes a diferentes concentraciones.
 Las bacterias no son los únicos organismos capa-
ces de degradar substancias contaminantes, pero con estos 
pocos ejemplos, te puedes dar cuenta que dada la enorme 
diversidad de ambientes en los que habitan y de metabolis-
mos que poseen, es muy posible que existan bacterias que 
degraden cada uno de los compuestos que ha generado el 
hombre y que ponen en peligro a nuestro planeta. ¡Y eso 
que sólo se ha identificado menos del 1% de las bacterias 
presentes en la naturaleza!
99
Ejemplo de una dulce y exitosa
recombinación
Yoloxóchitl Sánchez Guevara
Muy probablemente, a partir de unos años para acá, has 
leído o escuchado que los Organismos Genéticamente Mo-
dificados (OGMs) podrían ser la solución a muchos de 
nuestros problemas. Este tipo de organismos existen gra-
cias a los avances en la ciencia, particularmente a la Inge-
niería Genética, o por decirlo más fácil, a la posibilidad de 
modificar algunos genes. De manera más simple, podre-
mos resumirlo así: el ADN (ácido desoxirribonucléico) de 
los organismos, es como un libro dividido en capítulos, que 
guardan información (la información hereditaria) y que se 
encargan de sintetizar proteínas. Cada capítulo o segmento 
se conoce como un gen, es decir, un fragmento de ADN 
que tiene la información para producir diferentes proteí-
nas dependiendo de las necesidades de cada organismo. 
 Pues gracias a la pericia de muchos científicos, fas-
cinados por aprender más acerca del ADN, ahora es posi-
ble extraer esta molécula de las células, dividirla en frag-
mentos (o capítulos) utilizando enzimas (proteínas que 
funcionan como tijeras químicas) e insertar trozos en seg-
mentos de ADN de otros organismos, por ejemplo, hacer 
combinaciones de ADN de humano y bacterias y sintetizar 
nuevas proteínas. Es decir, algo así como hacer un nuevo 
libro (ADN) con capítulos combinados (de humanos y 
bacterias) y tener nuevas historias (nuevas proteínas).
 Pero ¿por que decíamos al inicio que esto nos ser-
viría para resolver algunos de nuestros problemas? Pues 
porque gracias a la producción de OGMs tenemos, por 
ejemplo, cultivos de importancia económica que son re-
sistentes a ciertos insectos, como por ejemplo, el caso del 
algodón mexicano, cultivos con mayor tolerancia a herbi-
cidas o incluso a condiciones ambientales no favorables y 
como olvidar a esos enormes jitomates rojos que tienen 
maduración más lenta. También podemos mencionar a las 
bacterias capaces de degradar petróleo, a las que producen 
quimiosina, una proteína que se utiliza como sustituto del 
cuajo en la producción industrial de los quesos.
 Y por supuesto, no podemos dejar de mencionar 
otro derivado de la tecnología del ADN recombinante y que 
es considerado el primer producto comercializado para la 
salud humana: la insulina. 
Entre los humanos, un impedimento para contar con una 
vida normal, larga y feliz, puede ser el tener una enferme-
dad. Y si nos centramos en los millones de mexicanos que 
poblamos el globo, deberíamos referirnos a un mal muy 
actual y preocupante: la diabetes mellitus, padecimiento 
del cual seguramente has escuchado y que junto con la 
obesidad y la hipertensión (trastornos relacionados con el 
síndrome metabólico), se han convertido en un mal que 
además de provocar distintos daños a la salud, han quitado 
el sueño a médicos, epidemiólogos, enfermeras, nutriólo-
gos y a muchos encargados de mantener saludables a los 
humanos.
 Cuando el médico nos diagnostica diabetes melli-
tus, quiere decir que nuestro cuerpo presenta un trastorno 
en el metabolismo debido a que la insulina, ya no funciona 
bien, no se secreta adecuadamente o ninguna de las dos 
cosas. 
 Era el año 1869, cuando un estudiante alemán, 
Paul Lagerhans, encontró un grupo de células en el pán-
creas que bautizó como “islas o islotes de Lagerhans”. Pos-
teriormente, el científico Laguesse estudio más estas células 
en las que se producía un precursor inactivo (proinsulina), 
el cual pasa al aparato de Golgi (un organelo celular), don-
100
de se modifica, eliminando una parte y uniendo a dos frag-
mentos restantes mediante puentes de disulfuro entre cis-
teínas, para formar una proteína de dos cadenas (la cadena 
A y la cadena B) de 21 y 30 aminoácidos respectivamente y 
que entonces se llama insulina (cuyo nombre deriva de la 
palabra insel que en alemán significa islote o isla). 
 Aislada por primera vez en 1921 a partir de pán-
creas de animales, se inició el estudio de la hormona y aho-
ra se sabe que cuando falla, ocurren defectos en el metabo-
lismo de carbohidratos, grasas y proteínas, lo cual, a largo 
plazo provoca daños, por ejemplo, en la retina, los riñones, 
las neuronas y nos hace propensos a sufrir daños cardio-
vasculares.
 Y justamente es esta hormona, la insulina, la que 
permite a las células de nuestro cuerpo, utilizar la glucosa 
(un carbohidrato o azúcar) cuando necesitamos llevar a 
cabo procesos de síntesis en que se requiere energía (por 
ejemplo movernos)  y a la vez, mantiene bajas las con-
centraciones de glucosa en la sangre. En el músculo y en 
otros tejidos (excepto en el cerebro), la insulina produce 
un transporte rápido de glucosa y aminoácidos al interior 
de las células. En el hígado, esta hormona promueve la 
captación y almacenamiento de glucosa en forma de glu-
cógeno, inhibe la producción de glucosa (conocido como 
gluconeogénesis) y promueve la conversión del exceso de 
glucosa en grasa.
 Algunos pacientes que no pueden producir insu-
lina, necesitan inyecciones periódicas de esta hormona, y 
fue en 1922 cuando por primera vez se suministró insulina 
a un paciente con diabetes. Sin embargo, hasta antes de los 
años 80s, sólo se obtenía del páncreas de vacas y cerdos 
(insulina bovina e insulina porcina) y para obtener las es-
calas industriales que eran necesarias, se sacrificaban miles 
de vacas obteniendo un muy bajo rendimiento. Además, 
otra limitante de usar insulina animal, eran las impurezas 
durante su obtención y que provocaban reacciones alérgi-
cas.
 Tiempo después, en 1955, Sanger descifra la com-
posición de la insulina y con ello permite entender como 
funciona en el organismo, las interacciones que tiene y las 
diferencias entre las insulinas aisladas de diferentes orga-
nismos. Actualmente se sabe que, de forma estructural, la 
insulina porcina difiere de la insulina humana en un ami-
noácido (una alanina en la posición 30 de la cadena B) y la 
insulina bovina es diferente de la humana en tres posicio-
nes (B30, A8 y A10); diferencias suficientes para producir 
por ejemplo, erupciones cutáneas en los pacientes alérgi-
cos.
 En 1963 Meinhofer y su grupo de trabajo, sintetizó 
insulina in vitro (es decir de manera experimental en un 
laboratorio) pero la producción no lograba ser suficiente 
para la demanda de la población: ¡para la síntesis, se reque-
ría al menos de 200 reacciones separadas! 
 En este sentido, cuando en 1978, se logró crear la 
insulina recombinante,  se garantiza el suministro necesa-
rio de insulina a nivel mundial, pero sobre todo esa insu-
lina que se produce dentro de bacterias, tiene la ventaja de 
ser idéntica a la insulina humana y eliminar los problemas 
de alergias y los de de otra índole, causados cuando los 
pacientes se suministraban insulina animal. La insulina re-
combinante, administrada por vía subcutánea se absorbe 
más rápidamente y actúa en menor período de tiempo.
El uso de tecnologías recombinantes abrió un gran campo 
para la biología. Fue el comienzo de una nueva era en la 
ciencia. 
 Pero ¿Cómo se produce la insulina recombinan-
te? En términos simples, para la creación de una proteína 
recombinante, se deben localizar el o los genes de interés 
101
y conocer bien sus funciones (en este caso el gen que pro-
duce la insulina), obtenerlo de una célula de un organismo 
donador (en este caso el humano), amplificarlo mediante 
una reacción en cadena con una enzima llamada polime-
rasa (reacción de PCR), guardarlo (clonarlo) en un vector 
plasmídico bacteriano (que es un fragmento de ADN de 
una bacteria) para producir el ADN recombinante (unión 
de ADN proveniente de dos organismos diferentes) e in-
troducirlo el ADN mediante alguna técnica de ingeniería 
genética (en este caso transformación) en un donador (en 
este caso, una bacteria) que se encargará de “adoptar al 
nuevo gen” y producir masivamente la proteína (expresar 
la proteína) de interés (en este caso insulina) que será co-
nocida como la proteína recombinante.
 Para producir estas proteínas recombinantes, nor-
malmente se expresan en bacterias como Escherichia coli, 
mejor conocida como E. coli, ya que son fáciles de man-
tener, crecen rápido y ya se conoce su genoma (es decir, 
todos los genes). 
 En estas bacterias que son usadas como peque-
ñas fábricas, las dos cadenas de la insulina se producen de 
manera independiente. Posteriormente se lleva a cabo un 
proceso de purificación, plegamiento y unión in vitro de las 
cadenas, mediante la oxidación de las cisteínas para formar 
los puentes de disulfuro y la proteína activa.
 Pero no todo esta resuelto aun, y los científicos de-
ben trabajar para resolver un problema que normalmente 
se presenta en la producción de bacterias. En estos orga-
nismos no existe la glicosilación proteica, es decir, cuando 
a las proteínas se les “agregan” algunos carbohidratos que 
les permite tener una función más estable y específica, por 
lo que entonces, algunas de las proteínas producidas, al no 
estar completas, perderán su función.
 Es importante mencionar que para la producción 
de insulina recombinante se han probado otro tipo de or-
ganismos además de las bacterias, resultando estas últimas 
las más idóneas. Por ejemplo, en levaduras, como Saccha-
romyces cerevisiae que poseen células eucarióticas y por 
lo tanto son más similares a las células humanas que las 
bacterias, son fáciles de manipular genéticamente pero el 
proceso de glicosilación proteica es muy diferente al pro-
ceso en humanos, por lo que las proteínas recombinantes 
son más tóxicas que benéficas. Otro tipo de células muy 
parecidas a las de humano son las células de insecto que 
se cultivan fácilmente in vitro pero el proceso es caro. Si se 
usan los insectos completos infectados con un tipo de virus 
modificados, se presenta el mismo problema de glicosila-
ción como en el caso de las levaduras.
 Si consideramos trabajar con células de mamífe-
ro, encontramos la ventaja de que el procesamiento de las 
proteínas recombinantes producidas es similar, por lo que 
a pesar de pequeños cambios en los patrones de glicosila-
ción, la función de las proteínas se conserva. Sin embar-
go, el crecimiento de este tipo de células es más lento y los 
cultivos son más susceptibles a contaminación.  Entonces 
podemos decir que el uso de bacterias para producción de 
proteínas recombinantes es una buena selección.
Hoy en día, prácticamente todos los diabéticos son trata-
dos con algún tipo de insulina recombinante producida en 
bacterias desarrollada por equipos de científicos de varias 
empresas o universidades, que han logrado desarrollar di-
ferentes análogos para cada necesidad (de efecto retarda-
do, más potente, etc). Así, la próxima vez que escuches que 
alguien menciona a la Humulina, sabrás que es el nombre 
comercial de una insulina recombinante y no la confundi-
rás con un guiso árabe o el nombre de alguna prima que 
no conocías.
 Y es gracias a la posibilidad de conocer a las bac-
terias, modificarlas y aprovecharlas que se puede dar so-
102
lución a un problema tan cotidiano.  Pero la historia ape-
nas empieza: existen otros proyectos para producción de 
proinsulina por ejemplo en la leche de bovinos, en yogurt 
producido por otros microorganismos, en algunas plantas 
oleoginosas, en papas o incluso en el brócoli, donde el gen 
de la insulina humana se transfiere usando Agrobacterium 
rhizogenes. Al utilizar alimentos que normalmente el hom-
bre ingiere, se evitan los procesos de purificación y sobre 
todo, las dolorosas inyecciones. ¿Será posible en un futuro 
pensar en que comeremos bacterias? Pero hasta el momen-
to, es E. coli la bacteria líder en producción de insulina.
 Ahora, si, ¿te das cuenta de lo maravilloso que es 
conocer a las bacterias, aprender de ellas y aprovechar sus 
bondades?; todo lo antes descrito es sólo un ejemplo entre 
miles más.
103
Taq polimerasa: la copidadora de ADN
Cynthia Gemalit Martínez Centeno
Hemos hablado ya de que las bacterias son organismos cos-
mopolitas, es decir pueden habitar cualquier lugar que se te 
ocurra como: tu sandwich, tu intestino, la raíz de algunas 
plantas; pero ¿te imaginas bacterias viviendo en medio de 
una roca o sobre un glaciar? Pues sí, existen y se conocen 
como bacterias extremófilas. Estos microorganismos son 
capaces de resistir condiciones de vida que para cualquier 
otro organismo vivo resultarían letales. Dentro de este 
grande grupo encontramos bacterias que pueden vivir en 
condiciones : muy ácidas o muy básicas, también existen 
aquellas que viven sometidas a una alta presión atmosféri-
ca como las que habitan los fondos marinos, hay también 
las que resisten altas concentraciones de sales en su hábitat, 
altas concentraciones de metales, escasez de agua y tem-
peraturas muy bajas, sólo por mencionar algunas; pero las 
que a mí más me gustan son las bacterias conocidas como 
termófilas que pueden habitar lugares con temperaturas su-
periores a los 45ºC. ¿Alguna vez te has quemado con agua 
caliente? Pues algunas de nuestras amiguitas las bacterias 
termófilas pueden crecer cómodamente a esa temperatura, 
es más, algunas necesitan de dicha temperatura para poder 
funcionar correctamente. 
 
En el año 1969, un científico llamado Thomas Brock des-
cubrió en una de las fuentes termales del Parque Nacional 
de Yellowstone en Estados Unidos a una bacteria a la que 
llamó Thermus aquaticus, la cual de manera indirecta años 
más tarde le permitiría ganar a otro científico, Kary Mu-
llis, el premio Nobel de química por desarrollar la técnica 
usada en biología molecular conocida como Reacción en 
Cadena de la Polimerasa o PCR, para los cuates. 
 Las bacterias extremófilas a través de la evolución 
han tenido que desarrollar mecanismos que les permitan 
sobrevivir a condiciones bajo las que tú y yo moriríamos 
sin lugar a dudas. Y precisamente fue una de estas modifi-
caciones lo que le permitió a Mullis ganar el premio Nobel 
en 1993. La PCR es una reacción mediante la cual un seg-
mento de ácido desoxirribonucleico (ADN) puede copiar-
se hasta obtener millones y millones de copias, la “copiado-
ra”, es una enzima llamada  polimerasa de ADN, el hecho 
de tener tantas copias ofrece una serie de ventajas porque 
permite a los científicos hacer diagnósticos que de alguna 
otra manera serían muy tardados. La polimerasa de ADN 
se encuentra de manera natural dentro de los núcleos de 
nuestras células, y es la encargada de replicar el material 
genético cada vez que alguna de las células va a dividirse 
para dar lugar a células nuevas, y como la temperatura de 
nuestro cuerpo es de alrededor de los treinta y siete grados 
centígrados, es a esta temperatura a la que la polimerasa de 
ADN trabaja de manera óptima, sin embargo, las bacterias 
termófilas, como en el caso de T. aquaticus, han desarrolla-
do polimerasas que son capaces de trabajar a temperatu-
ras por arriba de los setenta grados centígrados e incluso 
mantenerse como si nada a los noventa grados centígrados; 
esto es importante porque para copiar al ADN primero de-
bemos de separar las dos hebras que lo componen y esto se 
logra a temperaturas muy altas a las que otras polimerasas 
perderían su estructura y por lo tanto su función. 
Y este es sólo un ejemplo de una forma de “manipular” el 
ADN, por ejemplo de bacterias para conocer de ellas lo 
más íntimo: su material genético.
 104
105
La contaminación por plásticos: bacterias 
al rescate
Cinthia Ernestina Núñez López y Daniel Genaro Segura 
González
Todos sabemos lo maravillosos que son los plásticos. Sólo 
hay que mirar alrededor un momento para apreciar la enor-
me variedad de productos que usamos que están fabricados 
con plásticos: bolsas, envases y utensilios de lo más diverso. 
La vida moderna no sería la misma sin estos materiales. 
Los plásticos, que generalmente se obtienen del petróleo, 
son fáciles de moldear, impermeables, ligeros, aislantes y 
muy, muy resistentes a diversos compuestos químicos, a la 
corrosión y a la intemperie. Además, son materiales muy 
baratos. Sin embargo, esas mismas características que los 
hacen tan útiles, están generando un problema en el am-
biente: los plásticos, por ser baratos, son desechables, y por 
su resistencia no se destruyen fácilmente. De esta manera, 
en diversos ambientes naturales como ríos, lagos y océa-
nos, y en los depósitos de basura en todo el mundo se están 
acumulando millones de toneladas de plásticos. Las alter-
nativas como la reutilización y el reciclaje de los materiales, 
son costosas y sólo se aplican para una pequeña fracción de 
los plásticos producidos.
 Una posible solución para el problema de conta-
minación, la constituye la producción de plásticos que sean 
degradables. Esto es, materiales que después de ser usados 
se descomponen rápidamente en el ambiente, sin producir 
compuestos dañinos. Desde hace ya algunos años existen 
plásticos que se degradan más fácilmente en el ambien-
te, por ejemplo, en presencia de la luz (fotodegradables), 
o aquellos que espontáneamente reaccionan y se oxidan 
(oxodegradables), desapareciendo de nuestra vista; sin em-
bargo, en muchas ocasiones estos plásticos al descompo-
nerse forman partículas más pequeñas que no se degradan 
por completo.
 ¿Y qué tienen que ver las bacterias con el problema 
de los plásticos? Afortunadamente, sí tienen una relación 
muy interesante. En los años 1920s un investigador francés 
llamado Maurice Lemoigne hizo un descubrimiento muy 
importante cuando estudiaba una bacteria llamada Ba-
cillus megaterium. Encontró que esta bacteria producía y 
acumulaba en su interior una sustancia que le servía como 
material de reserva, algo semejante a las grasas que acu-
mulamos los humanos y muchos animales, o a los aceites 
que acumulan las plantas. Se dio cuenta de que se trataba 
de un polímero (algo semejante a lo que conocemos como 
poliéster) y que se podía extraer de las bacterias y se podía 
moldear para hacer películas o capas. Este material se lla-
ma polihidroxibutirato (PHB).
 Los descubrimientos de Lemoigne fueron ignora-
dos por la mayoría de los científicos  durante décadas, has-
ta que a finales de los 1950s y principios de los 1960s otros 
investigadores redescubrieron esta sustancia y comenzaron 
a investigar cómo la producen las bacterias. Encontraron 
que otras bacterias producen también unos polímeros de 
la misma familia del PHB llamados polihidroxialcanoatos 
(PHAs).
 Lo que resulta más importante de esta historia del 
PHB y los PHAs en relación con los plásticos y la contami-
nación ambiental, es que estos polímeros naturales se pue-
den moldear para darles la forma deseada y tienen propie-
dades semejantes a las de muchos plásticos obtenidos del 
petróleo. Es decir, son plásticos producidos por bacterias. 
¿Y cuál es la novedad? Estos plásticos son naturales, se ob-
tienen a partir de recursos renovables (recursos naturales 
que pueden ser regenerados o producidos nuevamente), a 
diferencia de los obtenidos del petróleo, que algún día se 
106
acabará, y lo más interesante es que son completamente 
biodegradables (se pueden descomponer con cierta rapi-
dez por organismos vivientes) en tiempos cortos. Podemos 
fabricar, por ejemplo, botellas de PHAs para envasar jugo, y 
si alguna persona descuidada tira ese envase en un lago, la 
botella se desintegrará por completo en cuestión de sema-
nas y sin producir compuestos nocivos durante su degra-
dación. Esto ocurre porque ya existen en la naturaleza mi-
croorganismos que son capaces de “alimentarse” de estos 
polímeros naturales, cosa que no sucede con los plásticos 
sintéticos derivados del petróleo. Así como Bacillus mega-
terium puede producir PHB y lo almacena en su interior 
como reserva de nutrientes, cuando se acaba el “alimento” 
en su ambiente, degrada y  utiliza dicha reserva. Muchas 
otras bacterias y muchos hongos, aunque no produzcan 
PHAs, también tienen la capacidad de alimentarse degra-
dando el PHB o los PHAs que otros microorganismos pro-
ducen. Afortunadamente, estos microorganismos degra-
dadores son muy abundantes en el ambiente. Por ejemplo, 
algunos investigadores han determinado que puede haber 
hasta medio millón de bacterias comedoras de PHAs en un 
gramo de tierra de jardín y se han encontrado degradado-
res en casi todos lados (suelo, composta, lagos, ambientes 
marinos, lodos de plantas de tratamiento de aguas, etc.). 
Así, estos plásticos biodegradables PHAs pueden ser tra-
tados como desechos orgánicos y se descomponen en una 
composta o en el ambiente de manera natural.
 Los PHAs se producen industrialmente desde 
1982, cuando la compañía ICI (Imperial Chemical Indus-
tries) comenzó a usar bacterias para hacer plásticos biode-
gradables. ¿Por qué entonces no usamos estos bioplásticos? 
El principal problema radica en que son más costosos que 
los derivados del petróleo. El que estos materiales sean mas 
caros dificulta su utilización, porque esto repercute en el 
costo final que paga el consumidor que, en general, tiene 
recursos económicos limitados. Tampoco existe mucha 
conciencia de que existen alternativas, ni de que al escoger 
los plásticos más baratos derivados del petróleo, le pasa-
mos el costo al medio ambiente. Estas son las principales 
razones por la que esta industria aún no compite efectiva-
mente con la de los plásticos contaminantes. Sin embargo, 
muchos investigadores en el mundo están buscando hacer-
los más económicos.
 Bacillus megaterium no es la única bacteria pro-
ductora de bioplásticos. Se han descubierto más de 300 
especies de bacterias capaces de producirlos. Algunas son 
mejores que otras para hacer PHB o PHAs, otras producen 
PHAs muy diferentes y especiales, pero en cantidades pe-
queñas. Una bacteria que acumula grandes cantidades de 
PHAs se llama Azotobacter vinelandii (Figura 1A).    
        
Figura 1. Células de la bacteria Azotobacter vinelandii (A) y quis-
tes de la misma bacteria (B) vistas por un microscopio electró-
nico, en donde podemos observar los gránulos del bioplástico 
PHB que se forman en su interior (esferas blancas).
107
Este microorganismo vive normalmente en el suelo, don-
de hace cosas muy interesantes además de producir PHAs. 
Una característica especial de Azotobacter es que puede 
convertir el gas nitrógeno, que está presente en el aire que 
respiramos, en amonio. Este compuesto lo utiliza para po-
der nutrirse, pero ese amonio no sólo sirve para la bacte-
ria, las plantas también lo necesitan para crecer. En otras 
palabras, Azotobacter convierte el aire en fertilizante que le 
sirve a las plantas. Por esta razón en algunos países como 
Rusia y la India, la bacteria Azotobacter se vende viva como 
un bio-fertilizante natural que no es contaminante como 
los fertilizantes químicos.
 Azotobacter hace otras cosas interesantes. Como 
vive en el suelo y allí sucede que las condiciones a veces son 
adversas (como cuando el suelo se seca), en su evolución 
adquirió una estrategia para sobrevivir: cambia sus carac-
terísticas y se transforma en quistes, una especie de células 
“dormidas” o metabólicamente inactivas que pueden resis-
tir la falta de agua y otros tipos de “estrés”. La estructura de 
un quiste de Azotobacter se ilustra en la Figura 1B. Pode-
mos observar que este quiste está compuesto de un cuerpo 
central el cual contiene gránulos o bolitas blancas. Estos 
gránulos son de PHB. El cuerpo central del quiste está ro-
deado por dos cubiertas protectoras que en la Figura 1B se 
ven como olanes y que están compuestas principalmente 
de otro polímero interesante: el polisácarido (un polímero 
hecho de azúcares) llamado alginato, del cual se habla en 
otro capítulo de este libro. Cuando estos quistes vuelven a 
estar en un ambiente favorable para su crecimiento (vuelve 
a haber agua en el suelo y hay nutrientes derivados de la 
materia orgánica en descomposición), “despiertan” e ini-
cian un proceso que se  llama “germinación”. La cubierta de 
alginato se rompe y libera al cuerpo central, el cual se divi-
de y produce dos células hijas llamadas “vegetativas”. Estas 
células crecerán y se multiplicarán usando los nutrientes 
que las rodean. En condiciones de crecimiento óptimas, el 
promedio de vida de las células vegetativas de Azotobacter 
es de 5 días. En contraste, los quistes logran sobrevivir has-
ta por 30 años sin agua ni nutrientes.  Esta capacidad de 
enquistarse y sobrevivir por largos periodos sin agua, se ha 
aprovechado para la aplicación de Azotobacter como bio-
fertilizante, pues la bacteria puede mantenerse viva mucho 
tiempo después de ser envasada en espera de ser aplicada 
en los campos de cultivo.
 Pero volvamos a la Figura 1b del quiste de Azoto-
bacter. Es fácil notar que los gránulos blancos de PHB casi 
llenan la totalidad del cuerpo central. Este polímero puede 
llegar a ser tan abundante en esta bacteria que puede alcan-
zar el 80% de su peso seco. En el quiste, el PHB funciona 
como una reserva de nutrientes y energía, y al parecer este 
almacén mantiene el metabolismo de la célula durante el 
tiempo que dure enquistada. Es algo parecido a la grasa 
que acumulan los animales que van a hibernar, como los 
osos, que en la primavera y verano engordan mucho para 
resistir dormidos en el invierno usando su grasa almacena-
da.
Para la producción de plásticos biodegradables podemos 
aprovechar la gran capacidad que tiene Azotobacter para 
producir y almacenar en su interior el PHB. Sin embar-
go, en ésta como en las otras bacterias, este material de re-
serva sólo se produce y acumula bajo ciertas condiciones. 
La bacteria no lo hace todo el tiempo. Afortunadamente, 
nuestras investigaciones nos han permitido conocer mu-
chos detalles de los procesos bioquímicos que permiten la 
producción de estos bioplásticos y de los mecanismos ge-
néticos que controlan su producción en Azotobacter. Este 
conocimiento, junto con las herramientas de la ingeniería 
genética, nos ha permitido modificar el metabolismo y los 
108
sistemas de control de Azotobacter y hemos logrado tener 
bacterias que producen aún más bioplástico y que pueden 
hacer otros PHAs diferentes para tener materiales con dis-
tintas características. De esta forma podemos tener Azoto-
bacters “obesos” de tantos PHAs que acumulan.
 Para producir plásticos biodegradables y contri-
buir a la solución de los problemas de contaminación de 
los que hemos hablado, se cultiva a nuestras bacterias Azo-
tobacter en un caldo nutritivo dentro de reactores o tan-
ques agitados (Figura 2), donde podemos tener una gran 
cantidad de bacterias en engorda, de una forma semejante 
a la producción de vino o cerveza, sólo que en este caso 
no nos interesa el líquido resultante, sino los microorga-
nismos que allí crecieron. Cuando estas bacterias se han 
multiplicado y han producido los PHAs, se separan del lí-
quido, y usando solventes se extrae el bioplástico, que ya se 
puede usar para moldearlo y generar utensilios de plástico. 
Es de esta forma que un antiguo descubrimiento, que en 
ese momento parecía poco relevante, y una bacteria a la 
que sabemos cómo engordar, ofrecen hoy una alternativa 
para resolver el problema de contaminación por plástico.
Figura 2. Esquema de la producción de bioplásticos usando a la 
bacteria Azotobacter vinelandii.
(Ver imagen a color en páginas centrales)
109
Inventando nuevas bacterias con Biología 
Sintética
José Antonio Alonso Pavón
Seguramente has visto algún video de un automóvil al cual 
le han cambiado los amortiguadores para hacer distintas 
acrobacias como simular que está rebotando, los famosos 
lowriders. Una de las maneras más sencillas de lograrlo po-
dría ser ir a un taller y pedir que te cambien la suspensión 
que el coche trae de fábrica por una suspensión hidráulica. 
En pocas palabras, estarías cambiando una parte por otra. 
Este ejemplo nos sirve para poner en contexto uno de los 
usos de la tecnología del ADN recombinante: si necesitas 
que una bacteria realice una función de manera distinta, 
sólo necesitas insertarle un gen o fragmento de ADN de 
otra bacteria que realice esa misma función de manera más 
eficiente. Otra cosa que podrías querer hacer con tu coche 
es darle una gran potencia para poder acelerar mucho más 
en una carrera. Para ello, una de las opciones que existen 
es colocarle al motor de tu automóvil un sistema de óxido 
nitroso que te permita tener ese gran impulso. Esta idea, 
como seguramente ya imaginas, también se ha hecho en 
bacterias: cuando queremos que una bacteria haga una 
función para la cual no tiene los genes necesarios, se los 
podemos insertar con ADN recombinante.
 Pero, ¿Qué tal si quisieras hacer un coche que pu-
diera nadar? Si te dispusieras a realizar esta tarea, es muy 
probable que encuentres muchas dificultades encontrando 
las partes que necesitas de un barco o un submarino para 
después incorporarlas a un automóvil, además de tener que 
modificar esas partes para hacerlas compatibles. Si todo 
fuera tan sencillo como cambiar partes de una máquina a 
otra, quizá ahora tendríamos más de estos vehículos anfi-
bios y no sólo los prototipos que escuetamente han logrado 
ver la luz. En este sentido, para crear un coche que pueda 
andar lo más efectivo será diseñarlo desde cero, claro, to-
mando como base los principios de las máquinas que ya 
existen pero sólo como referencia. Aunque no es la inten-
ción de este texto analizar la posibilidad de un auto nada-
dor, nos sirve de base para comprender la complejidad de 
lo que quisiera hablarte: la Biología Sintética. El avance del 
estudio de la genómica, es decir, la totalidad de la informa-
ción genética que se hereda de un organismo a su progenie, 
así como la manera en la cual los genes, el metabolismo, 
y los factores ambientales se integran dentro de la célula 
para dar origen a una respuesta, ha hecho posible que ac-
tualmente se puedan tomar secciones completas de un ge-
noma relacionadas con alguna función más compleja para 
modificarlas y afinarlas con el objetivo de crear una fun-
ción completamente nueva. Así, lo que antes era conocido 
como ingeniería genética que usaba una técnica de copiado 
y pegado de una bacteria a otra, se ha convertido en la dis-
ciplina que hoy se conoce como Biología Sintética, la cual 
surge de esta idea de no sólo transferir elementos como se 
hace con ADN recombinante, sino además diseñar, pro-
bar, modificar, sintonizar y construir desde cero elementos 
para sistemas novedosos que permita la creación de nuevas 
funciones.
 ¿Alguna vez te hubieras imaginado que un cul-
tivo de bacterias pudiera servir para tomar fotografías? 
Una de las aplicaciones más emblemáticas de la Biología 
Sintética ha sido la creación de una cepa de bacterias E. 
coli que puedan servir como película fotográfica. ¿Cómo 
se logró esta innovadora creación? Pues bien, podemos ir 
analizando paso a paso el diseño que los investigadores de 
la Universidad de Austin, Texas, hicieron de este sistema. 
Primero, se necesitaba un pigmento que le diera color a 
la fotografía. Este pigmento fue un carbohidrato llamado 
110
S-gal, que al ser metabolizado por la bacteria, deja un resi-
duo de color negro. Si bien las imágenes serían de un solo 
color, era un buen inicio. Una vez resuelto el asunto de con 
qué se “imprimiría” la fotografía, se tenía que diseñar con 
estrategias de ingeniería la manera con la cual la película 
de bacterias iba a percibir la luz selectivamente. ¿Por qué 
es necesario esto? Porque si no hay una detección selectiva, 
toda la “película” se podría velar y sólo nos quedaría una 
mancha negra. El problema es que no existe un gen, pro-
teína o compuesto en ninguna bacteria u otro organismo 
que cumpla esta función de detección selectiva, así que ha-
bía que inventarlo. La idea fue simple. Se sabe que existen 
proteínas en ciertas cianobacterias que contienen sistemas 
que reaccionan a la luz para poder efectuar el proceso de 
fotosíntesis. Entonces, transfiriendo este sistema a E. coli se 
pudo comenzar a conectar los puntos y seleccionar en dón-
de se tiene que colorear la película y en dónde no. La forma 
en la cual se logró esto fue haciendo que el sistema que 
detecta la luz desactivara la proteína que metaboliza el car-
bohidrato S-gal (en lugar de participar en la fotosíntesis), 
de tal forma que en aquellas bacterias donde llegara la luz, 
no se produjera el pigmento negro. Esto significaba que en 
aquellas zonas en dónde la luz no pudiera registrarse, el sis-
tema que detecta la luz no podría desactivar la producción 
del gen que metaboliza el S-gal, y esa zona oscura tendría 
un color negro. Tras construir este sistema, lo único que 
faltaba era probarlo. Para ello, se crearon varias plantillas 
con distintos dibujos, y se colocaron en una cámara por la 
cual pasaría la luz roja. En las zonas de la plantilla donde 
pasaba la luz, la película bacteriana mantuvo el color claro 
del medio de cultivo.
 Como te pudiste haber dado cuenta, uno de los 
retos de la Biología de Sistemas es la creación de sistemas 
que puedan percibir algo y dar una respuesta. Esto requie-
re la construcción de sensores que puedan integrar una o 
varias condiciones y codificar hacia una respuesta determi-
nada (como “imprimir” o no un color de acuerdo a si hay 
luz o no). Estos sensores se construyen con “bio-partes” 
específicas, las cuales se busca sean estandarizadas para 
que cualquier investigador pueda adaptarlas a sus propios 
diseños. Como si se trataran de bloques del popular juego 
de Lego, que sirven para construir cosas, cada una de estas 
bio-partes se pueden utilizar dentro de un sistema cuyo di-
seño logre funciones antes inimaginables. 
 ¿Qué más se está intentando hacer con esta forma 
de crear bacterias? Se ha comenzado a trabajar en bacterias 
que tengan un sensor para detectar contaminantes en el 
medio y emitir una señal, como arsénico en agua, logran-
do niveles de detección mejores que los métodos tradicio-
nales. Muchas otras bacterias no sólo detectan los con-
taminantes, sino que los procesan y eliminan del medio, 
una acción que se conoce como “biorremediación”. Otra 
área promisoria de gran potencial médico es el desarrollo 
de bacterias con un sensor que les permita detectar célu-
las cancerígenas, diferenciándolas de las células sanas del 
cuerpo, para posteriormente eliminarlas. Si esta área de in-
vestigación prospera, sería un avance revolucionario para 
la Medicina.
 El desarrollo de fármacos con nuevas propiedades, 
generación de biocombustibles, creación de biomateriales, 
y nuevas tecnologías en biomateriales se puede agregar a la 
lista de promesas de la Biología Sintética. Sin embargo, aún 
hay que esperar un poco. Realizar este tipo de modificacio-
nes requiera una planeación cuidadosa y responsable, para 
evitar sorpresas desagradables. Más allá de las regulaciones 
sobre Organismos Genéticamente Modificados que existen 
en México y el mundo, los científicos que realizan Biología 
Sintética tratan de predecir el comportamiento de sus crea-
111
ciones mediante modelos matemáticos y computacionales. 
No podemos aplicar algo sobre lo cual no tengamos una 
idea lo más completa posible, y para ello las predicciones 
con métodos analíticos nos sirven para minimizar los ries-
gos. Junto con un desarrollo de prácticas responsable, la 
Biología Sintética será un área que nos traerá sorpresas en 
el futuro. 
112
Imagen: Yoloxochitl Sánchez Guevara
(Ver imagen a color en páginas centrales) 
Un mundo de bacterias
Se terminó de imprimir en mayo de 2014
en los talleres de Mujica Impresor
en la Ciudad de México.
El tiraje fue de 1000 ejemplares
más sobrantes para reposición.
NS SR TN Still 
este tiempo, incluso mucho antes de que cualquiera pudiera 
percibirlo. Nadie sabe con certeza cómo comenzó, pero 
AR ALE SE 
IS AUN ELA rd 
SIR ASA E SR 
IS tE AS 
TR RR ERA] 
PSOE A) 
SEA SAD A 
pudo ser aquí, o en cualquier otro punto del espacio donde los 
AER ER EN 
aparición marcó el inicio de lo que hasta ahora llamamos vida.” 
Instituto de Biotecnología