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Bacterias 'simples' que se organizan en patrones elaborados

Bacterias 'simples' que se organizan en patrones elaborados

Descubren un mecanismo genético que permite a las comunidades de células bacterianas organizarse en segmentos sorprendentemente sofisticados, lo que revela una similitud con la forma en que se desarrollan las plantas y los animales.

12.01.2022

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En los últimos años, se han descubierto una serie de características notables que muestran los grupos de bacterias que viven juntas en comunidades conocidas como biofilms. Los biofilms son frecuentes en el mundo vivo, habitan en las tuberías de alcantarillado, los mostradores de la cocina e incluso en la superficie de nuestros dientes. Un estudio anterior demostró que estos biofilms emplean sistemas sofisticados para comunicarse entre sí, mientras que otro demostró que los biofilms tienen una sólida capacidad de memoria.

El laboratorio de Gurol Süel de la Universidad de California en San Diego junto con Jordi Garcia-Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas de la UPF, e investigadores de la Universidad de Stanford, han encontrado una característica de los biofilms que revela que estas comunidades son mucho más avanzadas de lo que se creía hasta ahora. Los autores descubrieron que las células de biofilm están organizadas en patrones elaborados, una característica que anteriormente solo se había asociado con organismos de nivel superior como plantas y animales. Los hallazgos, que describen la culminación de ocho años de investigación, se publicaron el 6 de enero en la revista Cell.

Los autores descubrieron que las células de biofilm están organizadas en patrones elaborados, una característica que anteriormente solo se había asociado con organismos de nivel superior como plantas y animales.

“Estamos viendo que los biofilms son mucho más sofisticados de lo que pensábamos”, dice Süel. “Desde una perspectiva biológica, nuestros resultados sugieren que el concepto de patrón celular durante el desarrollo es mucho más antiguo de lo que se pensaba. Aparentemente, la capacidad de las células para segmentarse en el espacio y el tiempo no sólo surgió con plantas y vertebrados, sino que puede remontarse a más de mil millones de años”.

Las comunidades de biofilms están formadas por células de diferentes tipos. Los científicos no habían pensado anteriormente que estas células dispares pudieran organizarse en patrones complejos regulados. Para el nuevo estudio, los científicos desarrollaron experimentos y un modelo matemático que reveló la base genética de un mecanismo de “reloj y frente de onda”, que antes solo se veía en organismos altamente evolucionados que van desde plantas hasta moscas de la fruta y humanos. A medida que el biofilm se expande y consume nutrientes, una “ola” de agotamiento de nutrientes se mueve a través de las células dentro de la comunidad bacteriana y congela un reloj molecular dentro de cada célula en un momento y posición específicos, creando un intrincado patrón compuesto de segmentos repetidos de distintos tipos de células.

Aparentmente, la capacidad de las células para segmentarse en el espacio y el tiempo no solo surgió con plantas y vertebrados, sino que puede remontarse a más de mil millones de años.

El gran avance para los investigadores fue la capacidad de identificar el circuito genético subyacente a la capacidad del biofilm para generar anillos concéntricos de patrones de expresión génica en toda la comunidad de bacterias. A continuación, los investigadores pudieron modelar predicciones que mostraban que los biofilms podían generar inherentemente muchos segmentos. “Nuestro descubrimiento demuestra que los biofilms bacterianos emplean un mecanismo de patrón de desarrollo que hasta ahora se creía exclusivo de los vertebrados y los sistemas de plantas”, señala Garcia Ojalvo.

Los hallazgos del estudio ofrecen implicaciones para una multitud de áreas de investigación. Debido a que los biofilms están presentes en nuestras vidas, son de interés en aplicaciones que van desde la medicina hasta la industria alimentaria. Los biofilms como sistemas con la capacidad de probar cómo los sistemas celulares simples pueden organizarse en patrones complejos podrían ser útiles en biología del desarrollo para investigar aspectos específicos del reloj y el mecanismo de forma de onda que funciona en los vertebrados, por ejemplo.

“Podemos ver que las comunidades bacterianas no son solo grupos de células”, dice Süel, quien prevé colaboraciones de investigación que ofrecen bacterias como nuevos paradigmas para estudiar patrones de desarrollo. “Tener un sistema bacteriano nos permite proporcionar algunas respuestas que son difíciles de obtener en sistemas de vertebrados y plantas porque las bacterias ofrecen sistemas más accesibles experimentalmente que podrían proporcionar nuevos conocimientos para el campo del desarrollo”.

 

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