Vés enrere Components cel·lulars utilitzen els recursos per torns en situacions d'escassetat

Components cel·lulars utilitzen els recursos per torns en situacions d'escassetat

Un estudi publicat a la revista Cell Systems mostra que els components de les cèl·lules adopten una estratègia de temps compartit per augmentar la seva eficàcia. En un estudi anterior s’havia trobat que poblacions de cèl·lules s’alimenten per torns quan disposen de recursos limitats, i ara s’ha descobert que els components de les cèl·lules també utilitzen aquest sistema. 

07.03.2018

 

Un grup d’investigadors liderat conjuntament per l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech), la Universitat de Cambridge i la Universitat Pompeu Fabra, ha descobert un nou sistema pel qual els components de les cèl·lules, com ara les proteïnes, comparteixen recursos quan aquests són escassos. “El sistema és comparable al de multipropietat (time-share) utilitzat per diferents famílies per gaudir del mateix apartament de vacances en diferents períodes de l'any”, explica l'investigador del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) la UPF Jordi Garcia-Ojalvo, un dels responsables de l’estudi.

A les cèl·lules sovint alguns components han de competir activament quan només disposen d’una quantitat limitada d’un recurs, com pot ser un enzim. Els diferents components podrien compartir l’enzim utilitzant-ne cadascú una fracció de manera constant. Però ara s’ha vist que poden anar utilitzant el recurs per torns, és a dir, un component monopolitza l’enzim durant un període de temps i posteriorment deixa pas a un altre component diferent.

En un estudi publicat al 2017 Garcia-Ojalvo va descobrir, en col·laboració amb col·legues de la Universitat de Califòrnia San Diego, que poblacions de bacteris anomenades biofilms alternen els seus períodes d’alimentació per tal de reduir la competència i evitar col·lapses en el consum quan la quantitat de nutrients és limitada. “En aquell moment vam trobar que les poblacions de cèl·lules compartien recursos, i ara mostrem que el fenomen es produeix també dins d’una cèl·lula, el que indica que el time-share és una estratègia general dels sistemes vius”, explica el catedràtic de Biologia de Sistemes.

Mitjançant experiments utilitzant vídeo-microscòpia de fluorescència, els investigadors van analitzar el comportament de cèl·lules individuals del bacteri Bacillus subtilis en condicions d’estrès, en les quals aquests organismes només disposen d’una quantitat d’energia limitada.  Concretament van estudiar proteïnes anomenades factors sigma, que competeixen per l’enzim RNA polimerasa, necessari per llegir la informació genètica dels bacteris. Un model matemàtic va revelar que dos d’aquests factors rarament es troben activats alhora i que alguns estan correlacionats negativament, és a dir, quan s’expressa un no s’expressa l’altre. Això indica que els diferents elements alternen en el temps la utilització de la RNA polimerasa.

Degut a que els components moleculars són limitants en molts altres sistemes, aquesta estratègia de temps compartit podria representar una sistema de regulació molt més general. “Els resultats ens ajuden a entendre millor com funcionen els organismes vius, i revelen un connexió inesperada entre la biologia, l'economia i l'enginyeria: mètodes que utilitzem els humans per compartir recursos els va inventar la evolució fa centenars de milions d'anys”, conclou Garcia-Ojalvo.

Article de referència:

Jin Park, Marta Dies, Yihan Lin, Sahand Hormoz, Stephanie E. Smith-Unna, Sofia Quinodoz, María Jesús Hernásndez-Jiménez, Jordi Garcia-Ojalvo, James C.W. Locke and Michael B. Elowitz. Molecular Time Sharing through Dynamic Pulsing in Single CellsCell Systems, Febrer 2018

Multimèdia

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

Els ODS a la UPF

Contact