Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco

¿Pueden las bacterias decir la hora?

Los seres humanos, los animales y las plantas tienen el llamado “ritmo circadiano”, que es un reloj interno que sigue un ciclo de 24 horas. Debido a que se basa principalmente en el ciclo natural de oscuridad y luz, no es de extrañar que este ciclo se haya encontrado incluso en bacterias fotosintéticas, que requieren luz para producir energía. Sin embargo, hasta ahora los investigadores no pudieron hallar estos mecanismos en bacterias que no usan luz. ¿Y por qué es esto tan importante? Las bacterias juegan un papel importante en la ecología, así como en la salud y la biotecnología industrial. La posibilidad de aprovechar este reloj interno podría tener un gran impacto en las aplicaciones que dependen del control del tiempo, como la biotecnología, el transporte de drogas, o la protección de la agricultura.

Por primera vez, Zheng Eelderink-Chen y sus colegas encontraron un reloj de este tipo en Bacillus subtilis, una bacteria que se encuentra comúnmente en el suelo y en el tracto gastrointestinal de mamíferos herbívoros y humanos. Estas bacterias también son bastante interesantes porque se utilizan en aplicaciones biotecnológicas como la producción de detergente para ropa, y en la protección de cultivos.

Observaron diferentes zeitgebers (un término alemán, literalmente traducido como “dador de tiempo”) para ver cómo las señales ambientales influyen en ciertos procesos que ocurren dentro de las células. Uno de los procesos que analizaron fue el fotorreceptor de luz azul (codificado por el gen ytvA), una parte integral de todos los sistemas circadianos examinados hasta ahora, incluyendo a las plantas y los hongos. El segundo gen en el que se enfocaron está involucrado en la inducción de la formación de biofilms y esporas en la bacteria (KinC).

Para medir la expresión de estos genes, fusionaron el gen de la luciferasa con sus respectivos promotores. Esto da como resultado la producción de una enzima bioluminiscente que permite a los investigadores visualizar qué tan activos son los genes en las bacterias.

El primer zeitgeber que miraron fue el ciclo natural de luz y oscuridad. Las bacterias fueron sometidas a períodos de 12 horas de luz y oscuridad mientras medían la bioluminiscencia de la luciferasa: descubrieron que los niveles de ytvA y KinC se incrementaron durante el período de oscuridad, ¡y se disminuyeron con la luz!. Este ciclo todavía se observaba cuando dejaban a las bacterias constantemente en la oscuridad, pero disminuía lentamente después de unos días.

Se realizaron experimentos similares con cambios de temperatura diarios: cultivando 12 horas a 25,5 °C y 28,5 °C. Sorprendentemente, en contraste con los ciclos de luz/oscuridad, la actividad genética fue generalmente mayor durante la fase cálida (correspondiente al periodo diurno). Los investigadores también muestran que los ritmos circadianos que detectaron dependen de características ambientales, como el suministro de nutrientes y la temperatura ambiente. Además, solo los cultivos que formaron un biofilm mostraron ritmos circadianos.

Esta investigación podría ser el comienzo de una nueva línea de preguntas: ¿Es la hora del día en que se realiza la exposición bacteriana importante para la infección? ¿Podemos optimizar los procesos biotecnológicos si tenemos la hora del día en cuenta? Ahora que está demostrado que las bacterias pueden decir la hora, tendrán que averiguar por qué tener este mecanismo es una ventaja para las bacterias.

Enlace al artículo original: Zheng Eelderink-Chen, Jasper Bosman, Francesca Sartor, Antony N. Dodd, Ákos T. Kovács, Martha Merrow A circadian clock in a nonphotosynthetic prokaryote Science Advances08 Jan 2021

Traducido por: Santiago Chaillou