En la Antártida, en uno de los lugares más secos de la Tierra, existe un estanque extremadamente poco profundo. A medida que las temperaturas caen por debajo de los cero grados Fahrenheit, el estanque permanece líquido durante todo el año.
Don Juan Pond es comparable a entornos extraterrestres como Marte y también es el cuerpo de agua más salado del planeta, que se cree que es simplemente demasiado extremo para albergar vida. A principios de siglo, los científicos señalaron que lugares similares eran entornos demasiado hostiles para que los microbios sobrevivieran.
Pero resulta que este estanque inusual en realidad está lleno de bacterias.
Los científicos involucrados en el Proyecto Microbioma Extremo (XMP), un esfuerzo de investigación iniciado en 2014 que involucra a microbiólogos, genetistas, oceanógrafos y bioinformáticos, han pasado años viajando a algunos de los entornos más hostiles de la Tierra en busca de vida en lugares que durante mucho tiempo se supusieron estériles, incluido Don Juan Pond.
Para recolectar muestras de cuevas de azufre o de los bordes de volcanes, los investigadores a menudo necesitan respiradores, trajes protectores y equipo de escalada para llegar a terrenos remotos y hostiles, todo para mapear hasta dónde puede llegar la vida.
(Imagen cortesía de Scott Tighe)
"Nunca hemos estado en un lugar que no haya tenido bacterias u hongos", dijo a Discover Scott Tighe, renombrado microbiólogo, experto en ciencias genómicas y líder del XMP. "El mundo tiene muy pocas áreas estériles".
La vida microbiana aparece en casi todos los lugares donde miran los científicos, como cuevas remotas y profundidades del océano, y dentro de nuestro propio intestino humano. Sin embargo, gran parte de ello sigue siendo fundamentalmente desconocido.
Los investigadores llaman a esta vasta y desconocida “materia oscura microbiana”, tomando prestado el término de la física, donde la materia oscura describe material invisible que no se puede observar directamente pero cuyos efectos aún pueden detectarse. En microbiología, la frase se refiere a organismos, incluidas bacterias, hongos, arqueas y virus, que los científicos esperan que existan pero que aún no pueden clasificar, desarrollar o comprender por completo.
Katrine Whiteson, profesora del Departamento de Biología Molecular y Bioquímica de la Universidad de California, Irvine, y codirectora del Centro de Microbioma de la UCI, define la materia oscura microbiana como la enorme porción de vida microbiana cuyo material genético no coincide con nada en las bases de datos existentes.
A medida que avanza la tecnología, también lo hace nuestro conocimiento, pero aún así, la inmensidad del potencial microbiano inexplorado a veces parece desalentadora. Todos los días, científicos dedicados de todo el mundo trabajan para iluminar este mundo desconocido, no sólo para comprender cómo sobrevive la vida en los entornos más hostiles de la Tierra, sino también porque la materia oscura microbiana tiene una relevancia directa para la vida humana.
"Es bastante interesante […] cavar un hoyo de 2 pies de profundidad y encontrar vida microbiana que vive en una biopelícula que tiene 50.000 años", dijo Tighe a Discover. "El simple hecho de volar a estos lugares en helicóptero y ver las vistas es alucinante. Y luego ver lo que está vivo, algo que nunca antes se había visto".
Por qué se desconoce una gran cantidad de vida microbiana
Si bien la frase “materia oscura microbiana” ha ganado visibilidad en los últimos años, el desafío científico detrás de ella existe desde hace décadas. Whiteson comenzó su investigación sobre el microbioma humano en la salud y la enfermedad hace casi 20 años, en una época en la que la palabra microbioma rara vez se utilizaba en la literatura científica.
Cuando los científicos dicen que la mayoría de los microbios son "desconocidos", no necesariamente se refieren a organismos ocultos esperando ser descubiertos en rincones remotos de la Tierra. Más bien, quieren decir que gran parte del material genético que recuperan aún no tiene un nombre, una función o un lugar en las bases de datos existentes.
En ese sentido, la materia oscura microbiana no se presta a porcentajes precisos (como la afirmación que circula con frecuencia de que solo conocemos el 1 por ciento de todos los microbios de la Tierra), pero refleja la brecha entre lo que los científicos pueden observar actualmente con las herramientas y tecnologías que tienen y el universo mucho más grande de vida microbiana que existe fuera de nuestro alcance.
Una frontera importante de la investigación microbiana de la materia oscura son los extremófilos, organismos que se adaptaron a entornos que alguna vez se consideraron incapaces de sustentar vida. Más allá del salado y helado estanque Don Juan en la Antártida, se ha descubierto que lagos ácidos, fondos oceánicos profundos y sistemas volcánicos albergan microorganismos a pesar de la presencia de sustancias químicas tóxicas, la presión aplastante y las temperaturas intensas.
Aguas termales de Etiopía.
(Imagen cortesía de Felipe Gómez)
Pero incluso con solo extraer aguas residuales o tomar muestras de los microbiomas dentro y fuera de nuestros cuerpos, microbios no descritos acechan por todas partes. Algunas son más difíciles de recopilar que otras, y un análisis posterior depende estrictamente de la pregunta de investigación exacta que los científicos estén tratando de responder.
Para comprender, por ejemplo, cómo interactúan las bacterias entre sí, qué compuestos (metabolitos secundarios) pueden producir en determinadas condiciones, en pocas palabras, su comportamiento o fenotipo, cultivarlas en una placa de Petri es una táctica común. Pero aquí es donde las cosas pueden complicarse.
"Desde la década de 1970, hemos descrito esa discrepancia entre lo que se ve en una muestra ambiental o humana y lo que se puede cultivar", dijo Whiteson a Discover.
Los investigadores pueden observar abundante vida microbiana bajo un microscopio inmediatamente después de recolectar una muestra, solo para fallar al intentar recrear las condiciones necesarias para mantener vivos a esos organismos en el laboratorio.
"Lo hemos descrito como la gran anomalía del plato", añadió.
Para los extremófilos, recrear esas condiciones puede resultar extraordinariamente difícil. Por ejemplo, los barófilos, microbios que prosperan a decenas de miles de pies en las profundidades del océano, necesitan crecer a alrededor de 10,000 libras por pulgada cuadrada (lo que equivale a la presión de un avión de pasajeros sobre un zapato) e incluso si tienes el laboratorio configurado para proporcionar esta condición, "probablemente sólo consigas que crezca una pequeña fracción", dijo Tighe.
Aunque los científicos están mejorando en el cultivo de microbios en placas, lo cual es especialmente relevante cuando se recolectan y estudian todas las pequeñas moléculas que producen bajo ciertas condiciones (un método llamado metabolómica), según un estudio publicado en Critical Reviews in Microbiology, los expertos han recurrido cada vez más a extraer el modelo de los microbios, el ADN, directamente de sus muestras en lugar de depender únicamente del cultivo de microbios en placas de Petri.
Recolectar y analizar ADN microbiano es importante porque puede proporcionar una imagen más completa de las comunidades microbianas y ayudar a describir nuevas especies. Pero obtener ADN, ubicado en el centro de control de una célula, el núcleo, puede convertirse en un desafío. Algunos microbios poseen paredes celulares extraordinariamente resistentes, moldeadas por vidas en ambientes extremos y son sorprendentemente difíciles de romper con métodos de laboratorio convencionales.
(Imagen cortesía de Scott Tighe)
"He tenido microbios con los que he trabajado durante meses", dijo Tighe a Discover. "No puedo obtener ADN. No puedo abrirlos".
Whiteson encuentra problemas similares al estudiar el microbioma humano. "Cada tipo de célula microbiana tiene diferentes tipos de paredes celulares y son difíciles de romper", dijo.
Mejorar la forma en que los científicos recolectan muestras limpias y libres de contaminación y abren las paredes celulares, a menudo formidables, de los microbios para acceder a su material genético sigue siendo un desafío continuo en toda la microbiología, como se describe en un artículo publicado en National Science Review en 2020. Hasta que esas herramientas mejoren, gran parte de la vida microbiana permanecerá invisible.
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La influencia de la materia oscura microbiana en la vida humana
El esfuerzo por comprender mejor la materia oscura microbiana va mucho más allá de la curiosidad científica. Los microbios que los científicos ya conocen mejor tienden a ser los más fáciles de cultivar, detectar o vincular con enfermedades. Pero cada vez hay más evidencia que sugiere que muchos de los organismos que pueden estar estrechamente relacionados con la salud a largo plazo, como se establece en un estudio de Nature de 2025, la estabilidad ambiental e incluso los medicamentos futuros siguen siendo poco conocidos o sin nombre.
Tomemos como ejemplo el microbioma humano, que consta de vastas comunidades de bacterias, hongos y virus que viven dentro y sobre el cuerpo. Whiteson enfatiza cómo, a lo largo de la historia humana, nuestros cuerpos han sido colonizados por un conjunto bastante consistente de microbios que heredamos de nuestros antepasados, con evidencia que los remonta a nuestras raíces africanas. Estos microbiomas se han transmitido de generación en generación y de migraciones humanas a lo largo de miles de años.
Sin embargo, desde la Revolución Industrial, los estilos de vida de los humanos han cambiado drásticamente en un corto período de tiempo, amenazando la composición y el desempeño de los cultivos microbianos que nos sustentaron desde tiempos inmemoriales.
Pero, ¿cómo entendemos cuáles son los cambios reales, ya que todavía estamos captando la materia oscura microbiana dentro de nosotros hoy? Una forma es observar a las personas en comunidades aisladas que han vivido de la misma manera durante miles de años, en su mayoría no afectadas por los alimentos industrializados y procesados, y compararlas con nosotros.
"Una de mis experiencias favoritas desde que tuve mi laboratorio en los últimos 12 años", dijo Whiteson a Discover, "fue colaborar con un antropólogo y [tomar] muestras de personas en el Amazonas en Ecuador".
Después de secuenciar los microbiomas orales y fecales del pueblo Conambo, Whiteson y su equipo identificaron grandes cantidades de material microbiano no descrito previamente, lo que sugiere que son parte de los microbios antiguos que nos acompañan a lo largo de la historia humana. "Y ahora los estamos perdiendo", añadió Whiteson.
Los hallazgos contribuyen a debates más amplios sobre la creación de bóvedas de microbiomas, biobancos destinados a preservar los microbios de la historia humana.
"Estos microbios han estado promoviendo la salud humana a través de los siglos", dijo a Discover.
El impacto en la medicina
La materia oscura microbiana también puede tener un enorme potencial farmacéutico, según una revisión de 2024 publicada en Advanced Biotechnology. Un área en la que las bacterias y otros microbios nos tienen ventaja es su capacidad para producir metabolitos secundarios, que son subproductos químicos utilizados para la defensa y la supervivencia que los humanos ya han aprovechado para la medicina.
La penicilina sigue siendo el ejemplo más famoso, ya que se origina a partir de hongos que producen antibióticos de forma natural para competir contra las bacterias. Muchos otros antibióticos que se utilizan hoy en día se derivan de bacterias, ya que producen sus propios productos químicos para protegerse de otras cepas dañinas.
Además de los antibióticos, los inmunosupresores, como la rapamicina, o una amplia gama de agentes quimioterapéuticos para combatir el cáncer se derivan de nuestros aliados microscópicos. Dado que todavía hay muchas áreas poco exploradas en nuestro planeta, como las vastas profundidades del mar, los científicos las ven como tesoros escondidos para el descubrimiento de fármacos.
"Necesitamos más compuestos para salvar vidas", afirmó Tighe. "Y ahora es muy difícil conseguir otros nuevos".
Espera que futuras investigaciones sobre extremófilos puedan contribuir al descubrimiento de nuevos fármacos en las próximas décadas.
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Mapeando lo desconocido
Recuperar microbios de lugares extraños y aislar su ADN es sólo el comienzo. Finalmente, romper las paredes de los microbios y liberar su ADN crea enormes conjuntos de datos que luego los investigadores deben analizar e interpretar.
Cuando Whiteson trabajó en su primer metagenoma oral, el material genético derivado de múltiples organismos presentes en una muestra en 2008, muchas de las herramientas computacionales disponibles hoy en día aún no existían.
El campo de rápida evolución de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático se integra cada vez más en la investigación del microbioma para ayudar a los científicos a procesar grandes cantidades de datos genómicos.
"Creo que el uso de la IA facilitará que las personas se capaciten y utilicen las herramientas en nuestro campo", dijo Whiteson a Discover. "He estado utilizando el aprendizaje automático para analizar los datos durante más de 10 años". Aun así, advierte contra la exageración de sus capacidades actuales. "La IA realmente está ayudando con eso, pero no diría que todavía ha cambiado lo que podemos hacer con los datos".
Incluso con potentes herramientas analíticas, los investigadores deben decidir en qué partes de los datos centrarse y cuáles dejar de lado. Whiteson señaló que muchos estudios sólo analizan secuencias de ADN que ya coinciden con las bases de datos existentes, mientras que grandes cantidades de material genético no identificado quedan excluidas de la interpretación.
Es por eso que enseña a los estudiantes a hacer siempre una pregunta: ¿qué fracción de los datos se ignoró? El problema refleja por qué la materia oscura microbiana puede persistir incluso después de la secuenciación, lo que pone de relieve la creciente brecha entre lo que la tecnología moderna puede detectar y lo que los científicos realmente pueden interpretar.
Microbios antiguos y salud moderna
Esa brecha interpretativa se vuelve especialmente tensa cuando el material genético previamente ignorado parece contener rasgos que los humanos ya temen. A medida que los investigadores mejoran en la recuperación de material genético de ambientes extremos, la investigación de la materia oscura microbiana también plantea interrogantes sobre los rasgos genéticos olvidados que regresan a los ecosistemas modernos. Por ejemplo, después de permanecer encerrados en hielo remoto durante milenios, algunas bacterias se liberan lentamente en el medio ambiente debido al calentamiento del clima.
Estudios recientes, como un artículo de Frontiers of Microbiology de febrero de 2026, que analiza el ADN microbiano antiguo conservado en depósitos de hielo, han identificado genes de resistencia a los antimicrobianos, lo que genera preocupación sobre cómo el cambio ambiental y el deshielo de los ecosistemas pueden interactuar con los desafíos de salud modernos. Esto muestra los peligros que acechan en la exploración de la materia oscura microbiana y alimenta la preocupación de que la exploración de la materia oscura microbiana pueda abrir una caja de Pandora.
Sin embargo, Tighe enfatiza que encontrar genes no equivale a encontrar peligro. Está profundamente preocupado por las interpretaciones públicas de la genómica microbiana basadas en el miedo, especialmente en torno a la resistencia a los antimicrobianos.
La presencia de genes de resistencia en microbios ambientales es realmente esperada y evolutivamente normal, explicó. Sin evidencia fenotípica (cómo se comportan los microbios en lugar de simplemente observar el potencial genético), las afirmaciones por sí solas son engañosas y a menudo exageradas.
Añadió que "el ADN genómico por sí solo no indica la función".
La esencia del descubrimiento comienza con la pura curiosidad
Los avances en microbiología demuestran que la Tierra tiene muy pocas zonas verdaderamente sin vida, que aún guardan tesoros y misterios por explorar.
A pesar del desarrollo de tecnologías, la ciencia aún se encuentra en una etapa temprana, con preguntas sobre la vida microbiana que ni siquiera se han planteado todavía. Y a veces una pregunta precisa no necesariamente tiene que preceder a la investigación científica.
Whiteson compartió que disfruta bastante de los proyectos puramente basados en descubrimientos, ya que a veces una hipótesis puede ser limitante cuando simplemente se desea explorar qué microbios hay en una muestra específica y compararlo con “ir a pescar”.
Y añade: "Creo que mucha gente piensa en la ciencia como una lista de hechos que ya están en un libro de texto, como si todo hubiera sido descubierto. Pero apenas hemos arañado la superficie. En la mayoría de los casos, y en la mayoría de los campos, lo que sabemos es mucho menos de lo que no sabemos".
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Fuentes del artículo
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