Los microbios pasan a los aerosoles y se trasladan con el humo de los incendios forestales

Antes de 2018, nadie sabía que el humo de los incendios forestales contenía organismos vivos. El descubrimiento tiene implicaciones en los ecosistemas donde los microbios finalmente aterrizan y los humanos se exponen al humo.

COLLAGE DE HUNTER FRENCH. IMAGES DE GETTY. 

El 9 de septiembre de 2020, los californianos se despertaron con un cielo naranja apocalíptico causado por el humo de más de 20 incendios forestales que ardían en la costa oeste. La neblina humeante fue fotografiada instalándose sobre ciudades pobladas como San Francisco, donde millones de personas respiraron en condiciones de aire peligrosas.

Sabemos que la exposición prolongada al humo no es buena para su salud y está asociada con el riesgo de asma, derrames cerebrales, infecciones respiratorias y más. Sin embargo, aunque durante mucho tiempo se ha considerado que el humo es dañino, hasta hace muy poco se pensaba que era una sustancia inerte, compuesta de partículas, pero no viva.

En 2018, un artículo publicado en Ecosphere informó que los investigadores que tomaron muestras de humo encontraron que las columnas estaban llenas de vida microbiana. Fue una novedad; Los microbios nunca antes se habían medido directamente en el humo de los incendios forestales. Este fue el nacimiento del floreciente campo de la piroaerobiología, que busca estudiar cómo la vida microbiana se aerosoliza y se mueve por el humo de los incendios forestales, y cuáles son las posibles implicaciones en la ecología y la salud humana.

Ahora que sabemos que el humo está vivo, o más bien contiene vida, hay un trabajo importante por hacer, dijo Leda Kobziar, ecóloga de incendios de la Universidad de Idaho, y una de las figuras principales en piroaerobiología. Nuestra exposición al humo y a todos sus microbios está aumentando. La temporada de incendios forestales en el oeste de los EE. UU. Es ahora 105 días más larga, quema seis veces más acres y tiene tres veces más incendios grandes, en comparación con la década de 1970. Esto se ve agravado por la crisis climática y el aumento de las temperaturas y los períodos de sequía más prolongados. Durante los últimos 40 años, el área quemada por incendios forestales se ha cuadriplicado en los EE. UU. Un nuevo estudio de este mes encontró que el humo de los incendios forestales representó aproximadamente la mitad de la contaminación del aire en el oeste de EE. UU. Durante los peores años de incendios forestales.

Los microbios en el humo podrían tener muchos impactos, desde alterar los ecosistemas en los que aterrizan, ser potencialmente patógenos para las plantas o los seres humanos, o no hacer una diferencia en absoluto. Todavía hay muchas incógnitas, pero una cosa que la piroaerobiología puede decir con certeza es que los microbios están presentes en el humo, y probablemente deberíamos comenzar a prestarles atención.

"Todas las piezas comenzaron a juntarse, lo que sugiere que no se trataba de un fenómeno inusual", dijo Kobziar. "Esto es algo que estaba sucediendo en una variedad de diferentes tipos de ecosistemas y en una amplia variedad de situaciones de incendios forestales".

Los antecedentes de Kobziar son la ecología del fuego; estudia cómo los suelos y la vegetación responden al fuego. Gran parte de su trabajo se ha realizado en lugares donde se requieren quemaduras controladas para mantener los ecosistemas. En 2019, Vice News documentó una de esas quemaduras en Utah.

Se topó con la piroaerobiología por accidente. Una estudiante de posgrado necesitaba un proyecto en el que trabajar, y un amigo le había enviado recientemente un artículo sobre el uso de bacterias en máquinas para fabricar nieve en Hunter, Nueva York, donde creció esquiando.

Para crear nieve artificial, muchas instalaciones de esquí utilizan productos como Snomax, que contiene una bacteria, Pseudomonas syringae. Esta bacteria es un nucleador de hielo, lo que significa que tiene proteínas en sus paredes celulares que ayudan a que se forme hielo a temperaturas más altas.

Esto llevó a Kobziar a preguntarse sobre el humo: ¿podría haber microbios en el humo que podrían, potencialmente, estar cambiando significativamente sus entornos, la forma en que Pseudomonas syringae afectaba sus alrededores?

Cuando buscó para ver si alguien había estudiado la vida microbiana en el humo antes, encontró solo un artículo relacionado de 2003, de la adolescente Sarah Mims y su padre. No midieron directamente el humo, pero encontraron (usando un detector de humo conectado a una cometa) que había más esporas de hongos en el aire cuando también había más partículas flotando alrededor. Kobziar llamó a su trabajo una "gran semilla para iniciar la creación de piroaerobiología".

Los primeros experimentos de Kobziar y sus colegas tomaron muestras del humo de los incendios prescritos en el Austin Cary Forest de la Universidad de Florida en 2015, y también del humo de los incendios de laboratorios experimentales. Encontraron 70 cepas microbianas en aerosol, tanto patógenas como no patógenas.

"Comenzó como una simple curiosidad", dijo Kobziar. "Pero después de nuestro primer estudio, descubrimos que había tantos microbios que se pulverizaban en forma de humo que me encargué de aprender todo lo que pudiera sobre microbiología".

Las comunidades de organismos que se aerosolizaron eran increíblemente diversas y muy diferentes de lo que estaba presente en el aire cuando no había humo. E, inesperadamente, la mayoría de estos microbios estaban vivos.

"Esa podría ser la mayor sorpresa para todos nosotros", dijo Kobziar. Otra característica que han observado los investigadores: al comparar el fuego de alta intensidad con el fuego de baja intensidad, hubo una mayor cantidad de microbios y mayores niveles de diversidad en el fuego de alta intensidad.

Los estudios que han realizado desde entonces han comenzado a comparar diferentes temperaturas, desde las llamas hasta las zonas humeantes, y los incendios creados por la quema de diferentes tipos de materiales. Podría ser que ciertos microbios sobrevivan en diferentes ambientes de humo, o que el movimiento de los microbios en el aire sea más probable para un incendio que para otro. Esta logística aún se desconoce.

"El potencial del humo para aerosolizar y transportar microbios viables es una pieza prácticamente en blanco del rompecabezas de la biogeografía microbiana con implicaciones de gran alcance", como escribieron en su artículo de 2018.

Debido a que el fuego es extremadamente caliente, durante mucho tiempo se ha asumido que mataría cualquier microbio que encontrara. "La combustión es, después de todo, una forma de esterilizar cosas", dijo David Vuono, microbiólogo y profesor de investigación en la Escuela de Minas de Colorado y el Instituto de Investigación del Desierto. "Fue solo una de estas cosas que se pasa por alto".

En la última gran conferencia de microbiología a la que asistió Vuono, en 2019, nadie mencionó los microbios en el humo. "Fui a una sesión de aerobiología y ni una sola mención de esto", dijo.

¿Cómo puede sobrevivir la vida microbiana en una columna de humo? "Esa es una muy buena pregunta", dijo Rachel Moore, investigadora postdoctoral en Georgia Tech que comenzó a estudiar piroaerobiología mientras trabajaba en su doctorado en la Universidad de Florida. "De hecho, todavía no sabemos la respuesta".

Las temperaturas de la columna de humo pueden alcanzar temperaturas superiores a 290 grados Celsius, pero puede que no sea tan caliente en toda la columna, dependiendo de lo que se esté quemando, la cantidad de oxígeno disponible y otros factores ambientales.

Vuono dijo que están trabajando en un documento en este momento, aún por completar y enviar para revisión por pares, que planteará la hipótesis de cómo exactamente los microbios son captados por el humo y cómo sobreviven. Una teoría es que los microbios actúan como autostopistas sobre las partículas de humo, que son esencialmente trozos de carbón en llamas.

Otra es que los incendios forestales generan mucho calor, creando un gran volumen de aire que se eleva y aire más frío que fluye de mayor a menor presión. “Básicamente, hay una gran cantidad de aire que se mueve y recogerá cosas con él, como microbios ambientales, que luego podrían adherirse a las partículas de humo”, dijo Vuono. "Entonces las partículas de humo se vuelven como un taxi".

En los últimos tres años, muchas ciudades han sido azotadas por el humo de los incendios forestales en Australia, Brasil y el oeste de los Estados Unidos. Se desconoce qué efecto pueden tener los microbios del humo en la salud humana.

La investigación de piroaerobiología detectó un puñado de organismos diferentes que pueden actuar como patógenos en las personas, pero Kobziar dijo que no están seguros de si están presentes en concentraciones lo suficientemente altas como para causar infecciones.

“Sabemos que algunos de ellos están ahí, pero no estamos listos para decir que un organismo en particular sea capaz de causar infecciones en las personas”, dijo.

Aún así, en diciembre, Kobziar y George Thompson publicaron una Perspectiva en la ciencia, señalando al humo de los incendios forestales como un posible agente infeccioso. Thompson, un médico de enfermedades infecciosas de la Universidad de California en Davis, dijo que ha notado que con el creciente número de incendios forestales, hay más casos de fiebre del valle, o coccidioidomicosis, en los bomberos. La coccidioidomicosis es causada por un organismo que se encuentra en el suelo y que se aerosoliza con el viento. "Tenemos fuertes razones para sospechar que también es aerosolizado por incendios forestales", dijo Kobziar.

"Creo que la fiebre del valle puede representar la punta del iceberg", dijo Thompson. También hay casos más altos de infecciones respiratorias asociadas con la exposición al humo, aunque no se ha probado ninguna conexión con los microbios en el humo.

Para la mayoría de las personas sanas, el sistema inmunológico puede luchar contra los organismos microbianos invasores, dijo Thompson. Pero le preocupan las personas con sistemas inmunitarios comprometidos. "Al inhalar todo ese material particulado con bacterias y hongos, fácilmente podrían contraer neumonía e incluso tener consecuencias realmente graves para ellos", dijo Thompson.

Kobziar quiere comenzar a estudiar la salud de los bomberos y también rastrear la relación entre las tasas de infección y la cantidad de tiempo que las poblaciones de personas se ven inundadas por el humo de los incendios forestales.

"Me gustaría ver un análisis de si existe o no una relación entre esos períodos de tiempo, la exposición de individuos particulares al humo, la cantidad de tiempo que pasan al aire libre y si desarrollaron o no alguna infección", dijo Kobziar.

Aparte de los patógenos humanos, si los patógenos de las plantas son capaces de ser transportados por el humo, eso también es increíblemente preocupante, dijo Vuono. Las infecciones por hongos pueden acabar con los cultivos alimentarios agrícolas.

La quema se ha utilizado como una forma de reducir las enfermedades de las plantas en los sistemas agrícolas, pero en realidad podría ser una forma de propagar esporas de hongos a largas distancias. "Puedes apostar que puedes tener un problema allí", dijo Vuono.

Siempre que los microbios se mueven de un lugar a otro, donde posiblemente no existían antes, tiene el potencial de cambiar el ecosistema en el que aterrizan. Los microbios pueden afectar el ciclo de nutrientes, o qué gases son absorbidos o emitidos por los suelos; pueden enfermar a las plantas, matarlas o, en otros casos, ayudar a los organismos de un ecosistema a sobrevivir y crecer.

“Lo que sube debe bajar”, ​​dijo Moore. “Eventualmente volverán a la superficie. ¿Puede eso afectar a los microbios que ya viven allí? "

Moore había estado estudiando cómo el fuego afecta a los microbios que nuclean el hielo en el aire, los mismos tipos de microbios que llevaron a Kobziar a mirar el humo. Fue un momento de asombro cuando descubrió que Kobziar y sus compañeros de trabajo habían publicado sobre el mismo tema. Ahora también están trabajando juntos; En octubre del año pasado, Moore, Kobziar y sus coautores publicaron en Nature que encontraron partículas nucleantes de hielo y microbios en el humo de incendios forestales prescritos en el norte de Florida.

Los microbios nucleantes del hielo que se encuentran en el humo son un ejemplo convincente. Si el humo es un mecanismo para que los microbios nucleantes del hielo lleguen a la atmósfera, eso también podría tener implicaciones para la formación de hielo en las nubes, lo que afecta la nieve y la lluvia.

Pero el hecho de que un microbio aterrice en alguna parte no significa que necesariamente florecerá o superará la ecología del lugar al que fue transportado. "En cualquier entorno dado, tendrá algún tipo de filtro de hábitat selectivo", dijo Vuono.

Se unió al equipo de colaboradores de piroaerobiología por su experiencia en la secuenciación del material genético de microbios, como ADN y ARN. Muchos de los microbios del medio ambiente no se pueden cultivar o cultivar en el laboratorio, por lo que deben identificarse comparando su material genético con el de otros microbios ya conocidos.

Para cada entorno, hay microbios que son metabólicamente aptos para sobrevivir en ese entorno y proliferar, y otros que no sobreviven bien allí. Si un microbio viaja en el humo a un entorno que ya tiene mucha actividad microbiana, es posible que no haya un nicho para que el nuevo microbio colonice ese entorno. Pero, si hay un ecosistema con recursos que no se consumen, es más probable que un microbio pueda establecerse y comenzar a crecer.

Es posible que un microbio que termine en un ecosistema que ya está bullicioso no desaparezca del todo. Podría volverse inactivo, dijo Vuono, y esperar a que las condiciones se vuelvan adecuadas para proliferar.

Este modo de transporte microbiano probablemente ha existido durante mucho tiempo, dijo Kobziar; simplemente no lo sabíamos. “Pensamos en el humo como una posible cinta transportadora de biodiversidad que probablemente tiene repercusiones tanto positivas como negativas e inocuas”.

Pero se necesitará mucho estudio para descubrir cómo funciona. Vuono no piensa en el contenido microbiano de un humo como una comunidad microbiana como el microbioma intestinal, que es una comunidad de microbios que viven juntos en un entorno compartido. "Creo que es más un evento aleatorio", dijo Vuono. “¿Qué pasa con ser fregado? ¿Qué pasó con pegarse a las partículas de humo? ¿Qué pasó a ser recolectado y secuenciado en nuestros filtros que colocamos en el aire? "

Los equipos de investigación están trabajando en estas cuestiones. La piroaerobiología requiere la colaboración de personas con diferentes antecedentes científicos. Kobziar es la ecologista del fuego y ahora trabaja con personas que estudian la ciencia del humo, la química atmosférica, microbiólogos, microbiólogos ambientales, personas interesadas en la salud pública y expertos en enfermedades infecciosas y ecologistas. Juntos, continúan tomando muestras de humo de diferentes tipos de incendios y tomando muestras desde más arriba en las columnas de humo utilizando drones para volar y recolectar muestras.

"Cada vez más personas se interesan en este tema", dijo Kobziar. "Están empezando a invertir parte de su excelente capacidad intelectual para abordar todas las preguntas que tenemos".

Publicado en Vice por Shayla Love el pasado 25 de enero. Enlace al artículo original: https://bit.ly/3pyVkSs

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