Algunas especies de bacterias, al enfrentarse a condiciones de falta de nutrientes y estrés, entran en un estado latente en el que detienen prácticamente todos sus procesos vitales. Este letargo profundo permite que estas células, llamadas esporas, resistan extremos de calor y presión, agentes químicos desinfectantes, e incluso las duras condiciones del espacio exterior. Cuando las condiciones se vuelven favorables, estas esporas pueden despertarse y volver a la vida en minutos, incluso después de un letargo de decenas de miles (quizás millones) de años. Una capacidad tan notable las convierte en una amenaza para nuestra salud (como en el caso del ántrax) y para la industria alimentaria.

Hasta ahora se creía que las esporas de bacterias eran completamente inertes, y no observaban lo que pasa a su alrededor mientras “duermen”. En particular, no se sabía cómo las esporas se enfrentan a señales ambientales ambiguas, que no indican condiciones claramente favorables. ¿Las esporas simplemente ignoran tales condiciones poco claras, o toman nota?

Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra y la Universidad de California en San Diego han resuelto este misterio en un nuevo estudio publicado en la revista Science. Los científicos han descubierto que las esporas tienen una capacidad extraordinaria para evaluar el entorno que las rodea mientras permanecen en un estado fisiológicamente inerte. En particular, las esporas usan energía electroquímica almacenada desde su creación, actuando como un condensador, para determinar si las condiciones externas son adecuadas para volver a la vida normal.

“Este trabajo cambia la forma en que pensamos sobre las esporas, que hasta ahora se consideraban objetos inertes”, según Gürol Süel, profesor del Departamento de Biología Molecular de la Universidad de California en San Diego. “Mostramos que las células que se encuentran en un estado de letargo profundo tienen la capacidad de procesar información. Estas esporas pueden liberar su energía potencial electroquímica para realizar un cálculo sobre su entorno sin necesidad de actividad metabólica”.

“Nuestros resultados muestran que al igual que en las neuronas, las esporas suman a lo largo del tiempo señales pequeñas y breves para determinar si se alcanza un umbral. Al llegar al umbral, las esporas inician su regreso a la vida, de la misma forma que las neuronas disparan un potencial de acción para comunicarse con otras neuronas”

Los investigadores sometieron esporas de Bacillus subtilis a señales ambientales de corta duración que no eran lo suficientemente intensas como para desencadenar un regreso a la vida. Sorprendentemente, los científicos observaron que las esporas podían acumular en el tiempo estas señales tan pequeñas, y si la suma alcanzaba un cierto umbral, las esporas decidían salir del estado inactivo y reanudar su actividad metabólica y fisiológica.

Usando un modelo matemático, los investigadores descubrieron que las esporas usan un mecanismo conocido como “integración y disparo”, basado en la emisión de iones de potasio, para evaluar el entorno circundante. Mediante este mecanismo, las esporas responden incluso a señales favorables de corta duración que no son suficientes para desencadenar una vuelta a la vida. En lugar de despertarse, las esporas liberan parte de su potasio en respuesta a cada pequeña señal, y a continuación suman señales consecutivas para determinar si las condiciones ambientales son adecuadas para despertarse. Esta estrategia puede revelar si las condiciones externas son realmente favorables, en lugar de corresponder a una mejora transitoria, y evita así que las esporas se anticipen demasiado y renazcan en un mundo aún desfavorable.

“Esta estrategia es sorprendentemente similar a la de las neuronas en nuestro cerebro”, según Jordi García Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la UPF. “Nuestros resultados muestran que al igual que en las neuronas, las esporas suman a lo largo del tiempo señales pequeñas y breves para determinar si se alcanza un umbral. Al llegar al umbral, las esporas inician su regreso a la vida, de la misma forma que las neuronas disparan un potencial de acción para comunicarse con otras neuronas”. Curiosamente, las esporas pueden realizar esta integración de señales sin requerir energía metabólica, mientras que las neuronas se encuentran entre las células que más energía consumen de nuestro cuerpo.

Este descubrimiento supone un cambio de paradigma sobre las capacidades de células que se encuentran en estados extremadamente inactivos, aparentemente muertas. El trabajo sugiere formas alternativas de hacer frente a la amenaza potencial que representan las esporas patógenas, e incluso tiene implicaciones sobre qué esperar de la vida extraterrestre. Según Süel, “si se encuentra vida en Marte o Venus, es probable que esté en un estado inactivo. Ahora sabemos que una forma de vida que parece estar completamente inerte aún puede ser capaz de pensar en sus próximos pasos.”

Artículo de referencia:

Kaito Kikuchi et all. Electrochemical potential enables dormant spores to integrate environmental signals. Science, October 2022. DOI: 10.1126/science.abl7484