Peligros ocultos en los suelos de la "lluvia ácida
La lluvia ácida procedente de la contaminación por combustibles fósiles puede estar entrenando silenciosamente a las bacterias del suelo para que sean más longevas, más transmisibles y más mortíferas, según un nuevo estudio publicado en la revista New Contaminants que rastrea la rápida evolución de un conocido patógeno transmitido por los alimentos bajo una deposición ácida simulada.
Desde hace tiempo se sabe que la deposición ácida procedente de la combustión de carbón, petróleo y otros combustibles fósiles daña bosques, lagos y cultivos, pero su impacto en los microbios causantes de enfermedades en el suelo se ha pasado por alto en gran medida. La nueva investigación demuestra que la lluvia ácida puede desestabilizar el microbioma nativo del suelo de forma que facilita la invasión y persistencia del patógeno Escherichia coli O157:H7. A partir de datos metagenómicos globales de 2.874 lugares, el equipo descubrió que la abundancia de E. coli alcanza su máximo en suelos ligeramente ácidos en torno a pH 5, lo que apunta a la acidificación del suelo como una poderosa presión ecológica que influye en el éxito de este patógeno.
"La contaminación no sólo está estresando los ecosistemas, sino que también está dando a las bacterias peligrosas la oportunidad de adaptarse, propagarse y volverse más dañinas para los seres humanos", afirmó el autor principal, Peng Cai, de la Universidad Agrícola de Huazhong. "Nuestros resultados sugieren que la deposición ácida puede actuar como un acelerador invisible de la evolución de patógenos de alto riesgo".
La deposición ácida alimenta el riesgo de patógenos a través de una cascada ecológica y evolutiva acoplada
Liliang Wang, Yunhao Wang, Yonghui Xing, Chunhui Gao, Yichao Wu, Chenchen Qu, Ke Dai, Ming Zhang, Qiaoyun Huang & Peng Cai
Un "experimento de evolución" de 150 días en el suelo
Para sondear este riesgo, los investigadores realizaron un experimento de 150 días en un invernadero con suelo forestal de la provincia china de Henan, tratado repetidamente con lluvia simulada a tres niveles de acidez e inoculado con E. coli O157:H7, una de las principales causas de enfermedades graves transmitidas por los alimentos. Aunque el número de patógenos disminuyó con el tiempo en todos los tratamientos, la lluvia ácida ralentizó considerablemente la mortandad, y la lluvia ligeramente ácida mantuvo hasta 100 veces más bacterias que la lluvia normal en determinados momentos y dejó poblaciones varias veces superiores al cabo de cinco meses.
Sorprendentemente, la composición general y la diversidad de la comunidad bacteriana autóctona permanecieron relativamente estables, pero su red de interacción interna cambió drásticamente. La lluvia ácida y la invasión de patógenos simplificaron la red y aumentaron las interacciones negativas, lo que indica una intensificación de la competencia interna que debilitó la "resistencia biótica" natural de la comunidad frente a los invasores y abrió un espacio ecológico para la persistencia de E. coli O157:H7.
De superviviente del suelo a "supercolonizador"
Al final del experimento, el equipo aisló múltiples linajes de E. coli que habían evolucionado de forma independiente y se habían adaptado al entorno ácido del suelo. Estas cepas mostraron alteraciones en el color de las colonias, una mayor formación de biopelículas y cambios en la motilidad, así como en la forma de utilizar las distintas fuentes de carbono. Cuando las cepas evolucionadas se devolvieron al suelo, superaron a su ancestro, alcanzando abundancias entre 6 y 450 veces superiores al cabo de 60 días, lo que demostró un importante aumento de la capacidad de colonización a largo plazo.
Los análisis fenotípicos revelaron que los linajes más exitosos equilibraban la formación moderada de biopelículas con un movimiento eficiente, en lugar de maximizar un único rasgo. El biofilm y la motilidad explicaban conjuntamente la mayor parte de la variación en la colonización del suelo, mostrando cómo la lluvia ácida había empujado al patógeno hacia un "conjunto de herramientas de supervivencia" optimizado para la vida en suelos alterados.
Profundos cambios genéticos bajo el estrés de la contaminación
Los perfiles de expresión génica mostraron que las cepas evolucionadas activaron un módulo coordinado de funciones que rigen el movimiento, la formación de biopelículas, la comunicación química y la virulencia. Los reguladores clave de la detección de quórum y la formación de biopelículas se situaron en el centro de una red de expresión altamente conectada, estrechamente vinculada a genes de motilidad y patogenicidad, lo que indica una mejora sistémica en lugar de cambios aislados.
La secuenciación del genoma completo de los principales colonizadores reveló que esta rápida evolución fue impulsada en gran medida por cambios estructurales del genoma. Linajes independientes compartían una inversión cromosómica convergente cerca de un regulador de respuesta a los ácidos, mientras que una cepa muy adaptada presentaba una deleción que eliminaba un importante sistema regulador de detección de estrés que se creía que frenaba la producción de biopelículas, liberando potencialmente de un estricto control los rasgos de virulencia y colonización.
Mayores amenazas para la cadena alimentaria y la salud
La evolución de las adaptaciones medioambientales se tradujo directamente en un mayor riesgo para la cadena alimentaria y los animales. En experimentos con lechugas en macetas, imitando la contaminación del suelo irrigado, las cepas evolucionadas alcanzaron niveles hasta ocho veces superiores en las hojas comestibles en comparación con la cepa ancestral, lo que indica una probabilidad mucho mayor de llegar a los consumidores de productos frescos.
En las pruebas de infección de ratones, los linajes adaptados crecieron a niveles más altos en el intestino y causaron una enfermedad mucho más grave. La mortalidad pasó de alrededor del 10% en los animales expuestos a la cepa original a cerca del 50% en el caso de algunas cepas evolucionadas, que produjeron extensos daños intestinales y lesiones más allá del intestino. Estos resultados coincidían con el aumento observado de los genes de virulencia, lo que confirmaba que la adaptación impulsada por la lluvia ácida no sólo había creado supervivientes ambientales más resistentes, sino patógenos más letales.
Contaminación y evolución patógena: un bucle de retroalimentación
En conjunto, los resultados esbozan una cascada ecoevolutiva de tres pasos: la deposición ácida desestabiliza las defensas microbianas del suelo, esta alteración favorece la supervivencia y rápida evolución de patógenos invasores, y las cepas resultantes son mejores para colonizar cultivos y causar enfermedades graves. Los autores sostienen que la contaminación industrial y la evolución de los patógenos pueden formar un peligroso bucle de retroalimentación positiva, en el que los factores de estrés ambiental forman involuntariamente "superpatógenos" con un mayor impacto en la salud pública.
El estudio pone de relieve la necesidad de integrar la evolución microbiana en las evaluaciones de riesgos ambientales y de seguridad alimentaria, especialmente en regiones con deposición ácida continua y agricultura intensiva. Reducir las emisiones que provocan la lluvia ácida, sugieren los investigadores, podría ayudar a proteger no sólo los ecosistemas, sino también a las poblaciones humanas de las amenazas emergentes de enfermedades alimentadas por la contaminación.
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