Vés enrere La vida secreta de les espores

La vida secreta de les espores

Es descobreix com cèl·lules en letargia profunda decideixen mentre dormen si tornen o no a la vida. El descobriment, publicat en la revista Science, ofereix lliçons que ens ajuden a comprendre la vida en estats extrems a la Terra i potser en altres planetes.

07.10.2022

Imatge inicial

Algunes espècies de bacteris, quan s’enfronten a condicions de falta de nutrients i estrès, entren en un estat latent en el qual detenen pràcticament tots els seus processos vitals. Aquesta letargia profunda permet que aquestes cèl·lules, anomenades espores, resisteixin extrems de calor i pressió, agents químics desinfectants, i fins i tot les dures condicions de l'espai exterior. Quan les condicions es tornen favorables, aquestes espores poden despertar i tornar a la vida en minuts, fins i tot després d'una letargia de desenes de milers (potser milions) d'anys. Una capacitat tan notable les converteix en una amenaça per a la nostra salut (com en el cas de l'àntrax) i per a la indústria alimentària.

Fins ara es creia que les espores de bacteris eren completament inerts, i no observaven el que passa al seu voltant mentre “dormen”. En particular, no se sabia com les espores s'enfronten a senyals ambientals ambigus, que no indiquen condicions clarament favorables. Les espores simplement ignoren tals condicions poc clares, o en prenen nota?

Investigadors de la Universitat Pompeu Fabra i la Universitat de Califòrnia a San Diego han resolt aquest misteri en un nou estudi publicat a la revista Science. Els científics han descobert que les espores tenen una capacitat extraordinària per a avaluar l'entorn que les envolta mentre romanen en un estat fisiològicament inert. En particular, les espores utilitzen energia electroquímica emmagatzemada des de la seva creació, actuant com un condensador, per a determinar si les condicions externes són adequades per a tornar a la vida normal.

“Aquest treball canvia la forma en què pensem sobre les espores, que fins ara es consideraven objectes inerts”, afirma Gürol Süel, professor del Departament de Biologia Molecular de la Universitat de Califòrnia a San Diego. “Vam mostrar que les cèl·lules que es troben en un estat de letargia profunda tenen la capacitat de processar informació. Aquestes espores poden alliberar la seva energia potencial electroquímica per a realitzar un càlcul sobre el seu entorn sense necessitat d'activitat metabòlica”.

“Els nostres resultats mostren que igual que a les neurones, les espores sumen al llarg del temps senyals petits i breus per a determinar si s'aconsegueix un llindar. En arribar al llindar, les espores inicien el seu retorn a la vida, de la mateixa forma que les neurones disparen un potencial d'acció per a comunicar-se amb altres neurones”

Els investigadors van sotmetre espores de Bacillus subtilis a senyals ambientals de curta durada que no eren prou intenses com per a desencadenar un retorn a la vida. Sorprenentment, els científics van observar que les espores podien acumular en el temps aquests senyals tan petits, i si la suma aconseguia un cert llindar, les espores decidien sortir de l'estat inactiu i reprendre la seva activitat metabòlica i fisiològica.

Usant un model matemàtic, els investigadors van descobrir que les espores usen un mecanisme conegut com a “integració i tret”, basat en l'emissió d'ions de potassi, per a avaluar l'entorn circumdant. Mitjançant aquest mecanisme, les espores responen fins i tot a senyals favorables de curta durada que no són suficients per a desencadenar una tornada a la vida. En lloc de despertar-se, les espores alliberen part del seu potassi en resposta a cada petit senyal, i a continuació sumen senyals consecutius per a determinar si les condicions ambientals són adequades per a despertar-se. Aquesta estratègia pot revelar si les condicions externes són realment favorables, en lloc de correspondre a una millora transitòria, i evitar així que les espores s'anticipin massa i reneixin en un món encara desfavorable.

“Aquesta estratègia és sorprenentment similar a la de les neurones en el nostre cervell”, segons Jordi García Ojalvo, catedràtic de Biologia de Sistemes del Departament de Medicina i Ciències de la Vida (MELIS) de la UPF. “Els nostres resultats mostren que igual que a les neurones, les espores sumen al llarg del temps senyals petits i breus per a determinar si s'aconsegueix un llindar. En arribar al llindar, les espores inicien el seu retorn a la vida, de la mateixa forma que les neurones disparen un potencial d'acció per a comunicar-se amb altres neurones”. Curiosament, les espores poden realitzar aquesta integració de senyals sense requerir energia metabòlica, mentre que les neurones es troben entre les cèl·lules del nostre cos que més energia consumeixen.

Aquest descobriment suposa un canvi de paradigma sobre les capacitats de cèl·lules que es troben en estats extremadament inactius, aparentment mortes. El treball suggereix formes alternatives de fer front a l'amenaça potencial que representen les espores patògenes, i fins i tot té implicacions sobre què esperar de la vida extraterrestre. Segons Süel, “si es troba vida a Mart o Venus, és probable que estigui en un estat inactiu. Ara sabem que una forma de vida que sembla estar completament inert encara pot ser capaç de pensar en els seus pròxims passos.”

Article de referència:

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

Multimèdia

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

Els ODS a la UPF

Contact

Per a més informació

Notícia publicada per:

Oficina de Comunicació