Biologia de los microorganismos-1068 (1289)

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634 E C O L O G Í A M I C R O B I A N A Y M I C R O B I O L O G Í A A M B I E N T A L
obtener la composición elemental e isotópica de los materia-
les liberados. Cuando el haz de iones primarios impacta con 
la muestra, la mayoría de los enlaces químicos se rompen y los 
átomos o fragmentos poliatómicos salen despedidos de una 
capa muy fina (de 1 a 2 nm) de la superficie ya sea como par-
tículas neutras o cargadas (iones secundarios), en un proceso 
conocido como desbastado. Estos iones secundarios son diri-
gidos hacia un espectrómetro de masas, un instrumento que 
puede determinar su relación carga/masa.
Un instrumento nanoSIMS es un dispositivo SIMS diseñado 
para obtener información de células individuales. El instru-
mento está equipado con fuentes de haces primarios de Cs+ y 
O
2
 con una resolución de 50 nm para el haz del ion Cs+, y de 
200 nm para el haz de O
2
. El haz de O
2
 genera iones secunda-
rios positivos y se usa para analizar metales (como Fe, Na, Mg), 
mientras que el haz de Cs+ genera iones secundarios negativos 
para el análisis de elementos celulares mayoritarios (C, N, P, S, 
O, H) y halógenos. El instrumento nanoSIMS también registra 
en qué parte de la muestra incide el haz de iones, de manera que 
se obtiene una imagen bidimensional de la distribución de iones 
específicos en la superficie de la muestra. Además, enfocando el 
haz de iones al mismo punto durante ciclos repetidos de desbas-
tado, el material puede ir quemándose lentamente para exponer 
regiones más profundas de la muestra. Este análisis con SIMS 
de alta resolución es el que da el nombre al término NanoSIMS. 
Los instrumentos nanoSIMS tienen varios detectores que ofre-
cen un análisis simultáneo de iones de relaciones masa/carga 
diferentes que se originan de la misma ubicación en la mues-
tra (Figura 18.28).
Si se combina con FISH (Sección 18.4), la NanoSIMS se puede 
usar para rastrear la incorporación de diferentes elementos, 
isótopos naturales o sustratos marcados con isótopos en célu-
las individuales de poblaciones celulares específicas. Una apli-
cación inicial de la unión de estas dos tecnologías (FISH-SIMS) 
fue caracterizar la composición de isótopos de C en agregados 
estructurados de procariotas anaerobios oxidantes de metano. 
Una forma de oxidación anaerobia de metano extendida en los 
sedimentos marinos es el resultado de una asociación sintró-
fica entre Bacteria reductoras de sulfato y Archaea oxidadoras 
de metano (metanótrofas), que forman agregados en los que 
los reductores de sulfato acoplados metabólicamente rodean un 
interior de metanótrofos arqueanos ( Secciones 13.15, 13.24 
y 20.1). Como el metano biógeno es muy pobre en 13C, la tecno-
logía NanoSIMS se puede usar para confirmar la incorporación 
del carbono más ligero (12C) del metano en los metanótrofos 
arqueanos.
Una variante del método FISH-SIMS que simplifica en gran 
medida la identificación de las células escaneadas por Nano-
SIMS usa la deposición de un haluro (Br, F, I) a través de una 
sonda, ya sea por incorporación directa del haluro en una 
sonda oligonucleotídica (SIMS-hibridación in situ o SIM-
SISH) o usando un sustrato de tiramida que contenga un haluro 
(véase CARD-FISH, Sección 18.4). Este método se conoce como 
«FISH elemental» (EL-FISH) y también como «hibridación in 
situ con halógenos-SIMS» (HISH-SIMS). Los halógenos poseen 
un alto grado de ionización comparados con otros elementos, 
de modo que son fáciles de detectar, y son poco abundantes en 
la naturaleza. Por tanto, uno de los detectores NanoSIMS se 
ocupa de identificar células con las que haya hibridado la sonda 
MINIRREVISIÓN
 ¿Cómo puede la composición 13C/12C de una sustancia revelar 
su origen biológico o geológico?
 ¿Cuál es la explicación más sencilla de que los sulfuros lunares 
sean isotópicamente similares a los de la Tierra primordial?
 ¿Qué composición isotópica de carbono se espera que tengan 
los metanótrofos (bacterias que consumen metano)?
18.10 Vínculo de genes y funciones 
con organismos específicos: 
SIMS, citometría de flujo 
y MAR-FISH
Los métodos isotópicos descritos hasta ahora emplean 
muestras que contienen gran cantidad de células para infe-
rir que procesos específicos como la autotrofia o la reduc-
ción de sulfato ocurren en una comunidad. Estos métodos 
aportan una visión general de la actividad de la comuni-
dad, pero no revelan la contribución de las células indi-
viduales. Para ello, se han desarrollado nuevos métodos 
isotópicos que pueden medir la actividad y la composición 
elemental e isotópica de las células individuales. Estas téc-
nicas, acopladas con los métodos avanzados de secuen-
ciación del DNA que pueden determinar una secuencia 
genómica a partir del DNA contenido en una sola célula 
( Sección  6.10 y Explorando el mundo microbiano del 
Capítulo 6, «Genómica, una célula cada vez»), están actual-
mente a la vanguardia de la ecología microbiana.
Imágenes de la actividad metabólica de células 
individuales por espectrometría de masas de iones 
secundarios (SIMS)
La espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) se 
basa en la detección de iones liberados de una muestra situada 
en el blanco de un haz de iones primarios de alta energía, por 
ejemplo cesio (Cs+); a partir de los datos generados se puede 
Rocas ígneas
Sulfato 
marino
Sulfuro sedimentario
Sulfuro de meteoritos
Sulfuros lunares
Sulfuro de lodos marinos
Azufre 
elemental
–30 –20 –10 0 10 20 30
δ 34S (0/00)
Figura 18.27 Geoquímica isotópica del 34S y el 32S. Obsérvese que el 
H
2
S y el S0 de origen biógeno están enriquecidos en 32S y empobrecidos en 34S.
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