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» » Una red de bacterias de alimentación

Referencia: Max-Planck-Geseelschaft, 23 de febrero 2015
"Bacteria network for food"
por Angela Overmeyer M.A. y Dr. Christian Kost
Max Planck Institute for Chemical Ecology, Jena
* * * *
Es bien sabido que las bacterias pueden apoyarse en el crecimiento e intercambio de nutrientes con otras. Los científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, y sus colegas de las universidades de Jena, Kaiserslautern y Heidelberg, ahora han descubierto una nueva forma de cómo las bacterias pueden lograr este intercambio nutricional. Descubrieron que algunas bacterias pueden formar estructuras nanotubulares entre células individuales que permiten un intercambio directo de nutrientes.

Micrografía electrónica de cepas de Acinetobacter baylyi y de Escherichia coli modificadas genéticamente. Las bacterias intercambian aminoácidos a través de nanotubos (conexiones con forma de tubo entre las células). © Universitätsklinikum Jena / Martin Westermann
Las bacterias suelen vivir en comunidades ricas en especies y frecuentemente intercambian nutrientes y otros metabolitos. Hasta ahora, no estaba claro si microorganismos intercambian metabolitos exclusivamente al liberarlos en el entorno circundante o si también utilizaban conexiones directas entre células para este propósito. Los científicos del Grupo Experimental de Investigación en Ecología y Evolución del Instituto Max Planck para Ecología Química en Jena, Alemania, abordaron esta pregunta utilizando la bacteria del suelo Acinetobacter baylyi y el microbio intestinal Escherichia coli. Mediante la eliminación experimental de genes del genoma de ambas especies, los científicos generaron mutantes que ya no eran capaces de producir ciertos aminoácidos, pero producían mayores cantidades de otros.

En el co-cultivo, ambas cepas bacterianas fueron capaces de una alimentación cruzada entre sí, compensando así las deficiencias inducidas experimentalmente. Sin embargo, la separación de las dos cepas bacterianas con un filtro que sólo permitía el paso libre de aminoácidos e impidía un contacto directo entre células, se eliminó el crecimiento de ambas cepas. "Este experimento mostró que el contacto directo entre las células era necesario para que se produjera el intercambio de nutrientes", explica Samay Pande, quien recientemente obtuvo su doctorado en el Instituto Max Planck de Jena con este proyecto de investigación, y ahora empezaba un post-doctorado en la ETH de Zürich.

Observando el co-cultivo bajo el microscopio electrónico se fueron revelando las estructuras que se forman entre las cepas bacterianas, las cuales funcionaban como nanotubos y permitían el intercambio de nutrientes entre las células. Empero algo specialmente notable, fue el hecho de que sólo la Escherichia coli fue capaz de formar estas estructuras y conectar con la Acinetobacter baylyi u otras células E. coli. "La principal diferencia entre ambas especies, sin duda, es que la E. coli es capaz de moverse activamente en medios líquidos, mientras que la A. baylyi no. Por ello, es posible que la natación sea un requisito para que la E. coli pueda encontrar los socios adecuados y conectarse a ellos a través de los nanotubos", deduce Christian Kost, jefe del Grupo de Investigación de Ecología y Evolución Experimental, financiado por la Fundación Volkswagen.

"La falta de aminoácidos desencadenó la formación de nanotubos. La eliminación de un gen, que está implicado en la producción de un determinado aminoácido, causó que las bacterias resultantes pudiesen conectarse a otras células bacterianas y, de esta manera, compensaran su deficiencia nutricional. Sin embargo, los nanotubos no se formaron cuando los aminoácidos requeridos se suplementaron en el medio de crecimiento, lo que indica que la formación de estas estructuras dependen, obviamente, de cuánta 'hambre' tiene la célula", resumía así los resultados.

Las células que se especializan en determinados procesos bioquímicos y, de ese modo, dividen su trabajo, puede ser ventajosas para las comunidades bacterianas: Recursos pueden usarse de forma más económica para mejorar el crecimiento y la eficiencia. Si la formación de nanotubos sirve exclusivamente para el intercambio mutuo de nutrientes o, si algunas especies bacterianas parasitan a su vez a otras células bacterianas de esta forma, será objeto de futuras investigaciones. Por otra parte, no queda claro si las bacterias pueden elegir activamente las células que conectan. Después de todo, este tipo de conexiones tubulares también plantean un riesgo potencial, porque la pareja al otro lado del tubo también podría proporcionar sustancias nocivas.

"Para mí, la pregunta más emocionante por responder es si las bacterias son, de hecho, organismos estructurados relativamente simples y unicelulares o lo que estamos viendo son en realidad algún otro tipo de pluricelularidad, en la cual, las bacterias aumentan su complejidad al unirse entre sí y combinar sus capacidades bioquímicas", plantea Christian Kost. Su investigación se centra principalmente en la cuestión de por qué los organismos cooperan entre sí. Usando las comunidades bacterianas como sistemas modelo, experimentalmente manejables, ayudará a explicar por qué tantos organismos han desarrollado un estilo de vida cooperativo en el curso de su evolución.

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- Publicación: Samay Pande, Shraddha Shitut, Lisa Freund, Martin Westermann, Felix Bertels, Claudia Colesie, Ilka B. Bischofs, Christian Kost. Metabolic cross-feeding via intercellular nanotubes among bacteria. Nature Communications, 2015; 6: 6238 DOI: 10.1038/ncomms7238.
- Imagen: Micrografía electrónica de cepas de Acinetobacter baylyi y de Escherichia coli modificadas genéticamente. Las bacterias intercambian aminoácidos a través de nanotubos (conexiones con forma de tubo entre las células). ©Universitätsklinikum Jena / Martin Westermann

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