Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Levadura pegajosas: ventajas de ser tenaz
¿Alguna vez has oído hablar del movimiento activista “Chipko Andolan” (“abrázate a un árbol”)? En la década de los 70, en la zona norte de la India rural en las faldas del Himalaya (valle Doon), los activistas, mayoritariamente mujeres, se aferraban tenazmente (se pegaban, se abrazaban y ataban) a los árboles para evitar su tala. Posteriormente, estos activistas ataron conjuntos de hilos amarillos para simbolizar vínculos sagrados con estos árboles en lugar de pegarse a ellos, consiguiendo proteger todo el ecosistema, y articulando uno de los primeros movimientos ecologistas que concienciaron a toda la población, traspasando fronteras. Tras el movimiento en la región del Himalaya, el gobierno hindú prohibió la tala masiva en muchas regiones de la India, induciendo un impacto mucho más duradero y positivo, que implicaba la reducción de las actividades mineras y el incremento en investigación sobre la paliación de la deforestación en todo el país. Había nacido una conciencia ambiental que traspasó las fronteras indias. ¡Eh! ¡Quién sabía que el simple acto de pegarse tenazmente a los árboles pudiera traer un cambio tan positivo!
¿Sabías que los microbios también pueden volverse pegajosos? Sin embargo, esta tenacidad adhesiva podría producir un impacto duradero no tan positivo como el del movimiento “Chipko Andolan”, al menos, así lo demuestran Ekdahl y colaboradores en su reciente trabajo presentado en eLife.
El impacto de la evolución de los microorganismos en la vida humana
Cómo evolucionan los microorganismos, ya sea dentro de su entorno nativo o en uno modificado, puede tener un efecto potencialmente perjudicial en la vida humana. Un ejemplo reciente es la Covid-19, producida por el virus SARS-CoV-2. Este virus accidentalmente saltó de los murciélagos a los humanos causando grandes estragos. Este cambio de huésped podría haber sucedido con cualquier otro microbio.
La mayoría de los microbios se limitan a sus hábitats nativos, evolucionando con el tiempo para responder ante los cambios ambientales. Sin embargo, un cambio ambiental extremo— que puede ser algo tan complejo como el deshielo del permafrost, un cambio radical de huésped, o hasta algo tan sencillo como el uso de materiales de envasado de alimentos no biodegradable— hace que los microorganismos evolucionen a versiones mejores/peores de sí mismos para adaptarse al nuevo hábitat.
El estudio reciente de Ekdahl y colaboradores exploró uno de esos posibles escenarios evolutivos al imitar experimentalmente la capacidad adhesiva de células de levadura a unas cuentas de plástico. Estas células de levadura adhesiva se obtuvieron de muestras clínicas humanas. El argumento de los investigadores se centró en el hecho de que los microbios pueden evolucionar en un entorno desprovisto del huésped y transformarse en organismos patógenos para ciertos huéspedes, a pesar de que la evolución no ha sucedido en presencia del huésped. Tal evolución se basa en la selección de rasgos beneficiosos. En biología evolutiva, la “selección” ocurre cuando ciertos genes/rasgos/fenotipos evolucionados ayudan a los organismos a replicarse o sobrevivir mejor en un determinado entorno, generando microbios evolucionados. En el caso de este estudio, se produjo la selección de varios fenotipos beneficiosos mientras la levadura se adhería al plástico que se usaba. Estos rasgos beneficiosos incluyen: una mayor capacidad para adherirse al plástico, la formación de grupos organizados en superficies sólidas (llamados biopelículas) o líquidas (esteras flotantes, velo de Flor o Flor). Los investigadores encontraron que estas levaduras seleccionadas —por el aumento de la formación de biopelículas/flor y la capacidad de adherencia— eran patógenas en larvas de la polilla de cera Galleria mellonella (ver cuadro Datos curiosos #1).
La levadura pegajosa, ¡se vuelve más pegajosa!
Mediante evolución experimental, los investigadores seleccionaron diversas poblaciones de levaduras durante ~400 generaciones, mediante cultivo en tubos de vidrio con una sola perla de plástico. A cada pase (~40 generaciones), la cuenta de plástico era transferida a un nuevo tubo de vidrio, lo que permitía seleccionar sólo las levaduras que se pegaban tenazmente a la perla de plástico. En el ensayo también se incluyeron muestras control, en las que las levaduras eran cultivadas en tubos de vidrio sin cuentas de plástico (transfiriendo 10 µl del cultivo a medio fresco a cada pase), para poder realizar las comparaciones. Realizaron un registro fósil —preservando una parte de la población adaptada o control de cada pase en condiciones viables (preservadas en glicerol a – 80C)—, hasta llegar a las 400 generaciones.
Al final del experimento, comprobaron si la población evolucionada se adhería mejor al plástico. Para ello, reavivaron las células ancestrales y evolucionadas a partir del registro fósil, y las pusieron en cultivo en placas de 96 pocillos con 200 µl de medio de cultivo. Tras dejarlas un tiempo para crecer, los investigadores eliminaron el medio de cultivo, lavaron los pocillos con agua estéril, y dejaron secar las placas. Los investigadores midieron fluorescencia roja en cada uno de los pocillos, para detectar las células de levadura pegadas al plástico de la placa (mira el cuadro Datos curiosos #2). Los investigadores descubrieron que, con el tiempo de evolución, la levadura evolucionada aumentó su capacidad para pegarse tenazmente a los pocillos, indicando que la levadura se volvía mucho más pegajosa que la ancestral.
La levadura pegajosa forma “películas”
Otra de las capacidades observadas, fue la formación de biopelículas. Para ello, los investigadores recuperaron del registro fósil las levaduras control (ancestrales y evolucionadas) y las levaduras pegajosas tenaces (ancestrales y evolucionadas), las pusieron a crecer en medios sólidos (con base de agar) y medios líquidos para calcular si las células podían desarrollar grupos organizados o “películas” en ambos tipos de superficie— sólidas (biopelículas) y líquidas (flor). En superficies sólidas, se clasificó cada muestra según la morfología de la colonia de 0 a 5 (0 para colonias simples y 5 para apariencia no suave granular). Con esta clasificación los investigadores pudieron establecer que las células de levadura pegajosas evolucionadas poseen una mayor capacidad para formar biopelículas en comparación con las ancestrales o con las células control. Del mismo modo, se estableció una clasificación para la morfología de Flor en superficies líquidas (0 para la formación de alfombrillas Flor simple y 5 para la formación de esteras complejas), encontrando de nuevo, que las levaduras tenazmente pegajosas evolucionadas presentaban mayor capacidad de formar esteras complejas en la superficie líquida que las no tenaces o levaduras control.
¡La levadura pegajosa se vuelve virulenta!
Finalmente, los investigadores querían saber si las levaduras pegajosas tenaces y que forman película son también más virulentas (patógenas) que las levaduras control.
Pero, ¡cuidado, había algo raro! Los investigadores se dieron cuenta de que parte de estas levaduras tenazmente pegajosas evolucionadas también formaban pseudohifas —que es un crecimiento filamentoso multicelular, una especie de gemación progresiva en una sola dirección. El desarrollo de pseudohifas depende de la disponibilidad de nitrógeno en el medio, no del aumento de la capacidad adhesiva/pegajosidad, ni de la capacidad de formación de biopelículas/Flor. Los investigadores describieron la ocurrencia de los tres fenotipos (pegajoso, biopelícula/Flor, filamentoso) como hiper-multicelularidad, aunque esto no significa que la población de levadura que presenta los tres fenotipos tenga que tener los valores más altos para cualquiera de los tres fenotipos. Simplemente, ¡poseían un poco de todo!
Posteriormente, los investigadores exploraron la virulencia de esta levadura hiper-multicelular frente a las no-multicelulares o que presentaban sólo 1 ó 2 de los fenotipos (pegajoso, biopelícula/Flor, filamentoso). Para ello, los investigadores utilizaron las larvas de polilla de la cera (ver cuadro Datos curiosos #1), a las que inyectaron cada tipo de levadura en estudio, monitoreando el crecimiento durante 7 días. Observaron que las larvas inyectadas con levaduras que presentaban hiper-multicelularidad tenían casi un 30% más de probabilidades de morir que las inyectadas con un tipo no-multicelular. Es decir, se tornaban patógenas, más virulentas que las no-multicelulares.
¡Precaución con la interpretación!
Pese a este trabajo, no está claro si aferrarse/pegarse tenazmente al plástico o cualquier otro tipo de superficie hace que los microorganismos se vuelvan, de forma generalizada, más virulentos. En el caso de bacterias, los resultados varían. Por ejemplo, en Burkholderia cenocepacia, pegarse a perlas de plástico aumentó la morfología en biopelícula y causó mutaciones vinculadas a infecciones de largo plazo. Mientras que, en la bacteria Pseudomonas aeruginosa la adhesión tenaz a perlas de plástico, no indujo la formación de más capas de biopelículas, pero sí una mayor resistencia a los antibióticos, similar a los cambios observados en las infecciones a largo plazo. No se ha confirmado si lo mismo se puede decir de la levadura.
Asimismo, otro factor a tener en cuenta de este estudio fue el propio origen de las muestras. Las cepas de levadura utilizadas se obtuvieron de muestras clínicas humanas, lo que podría significar que el fenotipo más virulento no era totalmente inesperado para empezar. Sin embargo, en conclusión, lo que este estudio nos dice es que las condiciones ambientales cambiantes (por ejemplo, la creciente incidencia de microplásticos o la reducción de la brecha entre la temperatura del cuerpo humano y el medio ambiente circundante) puede crear una presión selectiva sobre las poblaciones microbianas para evolucionar hacia fenotipos nocivos. Y nosotros como humanos, ¡debemos ser conscientes y estar preparados!
Link to the original post: Luke I Ekdahl, Juliana A Salcedo, Matthew M Dungan, Despina V Mason, Dulguun Myagmarsuren, Helen A Murphy (2023) Selection on plastic adherence leads to hyper-multicellular strains and incidental virulence in the budding yeast eLife 12:e81056. https://doi.org/10.7554/eLife.81056
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Traducido por: Beatriz Sabater
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