Hongos radiotróficos: organismos que transforman radiación en vida

En los rincones más inhóspitos de nuestro planeta, donde la radiación ionizante convierte el ambiente en un páramo letal para la mayoría de las formas de vida conocidas, existe un grupo extraordinario de organismos que no solo logra sobrevivir, sino que prospera de manera sorprendente.

Los hongos radiotróficos representan uno de los descubrimientos más fascinantes de la biología moderna, desafiando nuestras concepciones tradicionales sobre los límites de la vida y abriendo nuevas perspectivas sobre la supervivencia en condiciones extremas.

Adéntrate en el mundo de los hongos radiotróficos, una frontera prometedora entre biología, astrobiología y tecnología.

¿Qué son los hongos radiotróficos?

Los hongos radiotróficos constituyen un grupo singular de microorganismos que poseen la extraordinaria capacidad de utilizar la radiación ionizante como fuente de energía para su crecimiento y metabolismo. Esta característica los distingue fundamentalmente de otros organismos, ya que pueden aprovechar formas de energía que resultan letales para la gran mayoría de los seres vivos.

Para comprender mejor este fenómeno, es importante establecer una analogía clara: así como las plantas utilizan la energía solar a través de la fotosíntesis para producir azúcares y crecer, estos hongos han desarrollado mecanismos que les permiten capturar y convertir la energía de la radiación gamma, beta y otras formas de radiación ionizante en energía utilizable para sus procesos vitales.

Sin embargo, es crucial aclarar que estos organismos no "consumen" o "comen" radiación en el sentido literal, sino que han evolucionado sofisticados sistemas bioquímicos para transformar esta energía en formas aprovechables.

Resistencia vs. Radiotrofismo

Es fundamental distinguir entre los hongos verdaderamente radiotróficos y aquellos que simplemente muestran resistencia a la radiación. Mientras que muchos microorganismos pueden desarrollar tolerancia a ambientes radiactivos mediante mecanismos de reparación del ADN y otros sistemas de protección (como las bacterias Deinococcus radiodurans o Thermococcus gammatolerans), los hongos radiotróficos van un paso más allá: no solo resisten la radiación, sino que la utilizan activamente como fuente de energía.

Esta distinción es crucial para comprender la singularidad de estos organismos y su potencial aplicación en diversas áreas.

El papel de la melanina en los hongos

El mecanismo exacto mediante el cual estos hongos logran esta hazaña aún no se comprende completamente, pero la investigación científica ha identificado un componente clave en este proceso: la melanina. Este pigmento oscuro, conocido principalmente por su papel en la pigmentación de la piel humana, parece desempeñar un papel fundamental en la capacidad radiotrófica de estos organismos.

La hipótesis más aceptada sugiere que la melanina actúa como una especie de "antena molecular" que puede capturar la radiación ionizante y facilitar su conversión en energía química utilizable. La evidencia experimental es contundente: mientras que los hongos melanizados experimentan este crecimiento acelerado bajo radiación, las cepas mutantes albinas sin melanina no muestran este fenómeno, confirmando el papel central de este pigmento en el proceso radiotrófico.

¿Cómo actúa la melanina en los hongos?

Desde el punto de vista bioquímico, el proceso de radiosíntesis en hongos melanizados implica una compleja interacción entre la melanina y los electrones liberados por la radiación ionizante. La melanina, un polímero heterogéneo con estructuras aromáticas conjugadas, actúa como un semiconductor biológico, capaz de facilitar el transporte de electrones a través de su red molecular.

Cuando los hongos son expuestos a radiación ionizante (principalmente gamma), esta energía excita las moléculas de melanina, alterando sus propiedades electrónicas. Estudios espectroscópicos han mostrado que, tras la exposición a radiación, la melanina incrementa su capacidad de reducir agentes como el ferricianuro, lo que indica un aumento en la actividad redox del polímero. Este efecto sugiere que la melanina funciona como un sistema de captura y transferencia de electrones, parecido al papel que desempeñan los centros de clorofila en la fotosíntesis vegetal.

Además, se ha observado que los cambios estructurales inducidos por la radiación incrementan la densidad de estados electrónicos accesibles en la melanina, facilitando procesos de donación y aceptación de electrones en rutas metabólicas asociadas al crecimiento celular. Este fenómeno podría estar asociado a la generación de ATP vía rutas fermentativas o respiratorias no convencionales, aunque los mecanismos metabólicos exactos aún no se han caracterizado completamente.

Otra hipótesis complementaria sugiere que la melanina actúa como un antioxidante dinámico, neutralizando especies reactivas de oxígeno (ROS) generadas por la radiación. Esta acción protectora no solo previene el daño celular, sino que podría formar parte del sistema general de captación energética, mediante reacciones acopladas a la generación de potenciales electroquímicos aprovechables por la célula.

Descubrimiento de los hongos radiotróficos

La primera evidencia de hongos radiotróficos surgió en la zona de exclusión de Chernóbil, en el área de 30 kilómetros de radio alrededor de la central nuclear que sufrió el accidente. En 1991, apenas cinco años después del accidente, se observó un moho negro creciendo dentro del reactor número 4, en la zona de máxima contaminación. Este descubrimiento inicial reveló un fenómeno sorprendente: no solo había vida en el lugar más radiactivo del planeta, sino que parecía estar prosperando.

El año 2007 marcó un punto de inflexión en la comprensión de estos organismos. Un equipo liderado por Ekaterina Dadachova en el Albert Einstein College of Medicine publicó un estudio que cambió radicalmente la perspectiva científica. Demostraron experimentalmente que hongos melanizados como Cladosporium sphaerospermum, Cryptococcus neoformans y Wangiella dermatitidis no solo incrementaban su biomasa bajo radiación intensa, sino que también asimilaban más carbono.

Expansión al espacio

El interés científico se extendió al ámbito espacial cuando en 2016, un equipo del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, liderado por Kasthuri Venkateswaran, llevó ocho especies de hongos recolectadas en Chernóbil a la Estación Espacial Internacional para estudiar su respuesta a la microgravedad y radiación espacial.

Aunque no se ha publicado una lista completa de las ocho especies, se sabe que fueron seleccionadas por su capacidad para sobrevivir en ambientes altamente radiactivos y por su potencial para producir compuestos con aplicaciones farmacéuticas y agrícolas. Los investigadores buscaban determinar si las condiciones extremas del espacio, podrían inducir a estos hongos a producir nuevos metabolitos secundarios con propiedades bioactivas.

Se sabe que los hongos pueden generar compuestos útiles, como antibióticos e inmunosupresores, en respuesta a ambientes estresantes. Por lo tanto, el espacio ofrece un entorno único para explorar la producción de nuevos compuestos que podrían tener aplicaciones en la medicina y la agricultura.

Aplicaciones actuales y potencial futuro de los hongos radiotróficos

Protección radiológica en el espacio

Los hongos radiotróficos, como Cladosporium sphaerospermum, han demostrado su capacidad para atenuar la radiación. Experimentos en la Estación Espacial Internacional revelaron que una capa de solo 2 mm puede reducir hasta un 2% la radiación entrante. Se estima que un recubrimiento de 21 cm ofrecería una protección eficaz contra la radiación marciana, lo que podría revolucionar la seguridad en misiones espaciales de larga duración.

Además, se investiga su cultivo directo sobre trajes, hábitats o estructuras espaciales, creando escudos biológicos autorreplicantes y sostenibles.

Nuevos materiales radiorresistentes

La melanina extraída de estos hongos se está incorporando en materiales convencionales para mejorar su resistencia a la radiación. La Universidad Johns Hopkins ha probado plásticos con melanina en la ISS, con aplicaciones potenciales: desde textiles espaciales capaces de filtrar la radiación solar y cósmica, hasta materiales de construcción con propiedades protectoras mejoradas.

También podría utilizarse en la electrónica, ofreciendo un blindaje eficaz para componentes sensibles en contextos de alta radiación.

Biorremediación de zonas contaminadas

Gracias a su capacidad para utilizar la radiación como fuente de energía, estos hongos podrían desempeñar un papel clave en la rehabilitación ambiental. Tienen el potencial de acelerar la descontaminación de suelos y aguas, al tiempo que concentran elementos radiactivos en su biomasa, lo que facilita su recolección y manejo seguro.

Además, podrían funcionar como barreras vivas, limitando la propagación de contaminantes en entornos afectados por la radiación.

Biotecnología y alimentación espacial

Por su notable resistencia a la radiación y su capacidad para generar biomasa en condiciones extremas, estos hongos podrían desempeñar un papel fundamental en los sistemas de soporte vital para misiones espaciales.

Actualmente se investiga su aplicación en biorreactores que no solo produzcan alimentos, sino que también ofrezcan protección radiológica. 

Aplicaciones médicas

La melanina fúngica también está siendo estudiada en el ámbito de la medicina nuclear por su potencial como herramienta terapéutica y protectora. Se explora su uso como base para radioprotectores tópicos destinados a personas expuestas a radiación en entornos laborales, así como para radiosensibilizadores que podrían potenciar la eficacia de ciertos tratamientos oncológicos.

Limitaciones, riesgos y desafíos

A pesar de su potencial, el uso y estudio de los hongos radiotróficos enfrentan importantes limitaciones. En primer lugar, los mecanismos bioquímicos subyacentes aún no se comprenden completamente, lo que dificulta su aprovechamiento biotecnológico. Además, la mayoría de los estudios se han realizado en condiciones muy específicas (por ejemplo, entornos de alta radiación como Chernóbil o estaciones espaciales), lo que plantea desafíos para replicar y escalar estos sistemas en otros contextos.

Existen también riesgos éticos y de bioseguridad, especialmente si se planea utilizar estos organismos en entornos sensibles como el espacio o instalaciones nucleares. Se requiere una evaluación rigurosa para evitar impactos ecológicos no deseados o la liberación de organismos modificados genéticamente.

Por otro lado, aunque se ha demostrado que algunos hongos melanizados sobreviven y crecen en condiciones extremas, no está claro si esta adaptación implica una verdadera conversión energética útil para aplicaciones prácticas. La eficiencia del proceso, su escalabilidad y su compatibilidad con otros sistemas tecnológicos siguen siendo grandes interrogantes.

En definitiva, el estudio de los hongos radiotróficos está aún en una fase exploratoria. Aunque prometedor, su aprovechamiento con fines energéticos, protectores o constructivos requiere más investigación básica y aplicada, así como una evaluación crítica de los riesgos y limitaciones involucradas.

Referencias

• https://en.wikipedia.org/wiki/Radiotrophic_fungus
• https://www.sciencenews.org/article/dark-power-pigment-seems-put-radiation-good-use
• https://phys.org/news/2020-07-chernobyl-fungi-shield-astronauts.html
• https://mann.usc.edu/news/rocket-carries-chernobyl-fungi-to-the-international-space-station
• https://issnationallab.org/upward/pushing-research-to-new-heights-innovative-research-at-the-iss-rd-conference
• https://futuroprossimo.it/2020/07/la-muffa-del-reattore-di-chernobyl-testata-come-scudo-sulla-iss/
• https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0000457