Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Polisacáridos degradados como señal de forrajeo
Una dieta rica en energía suele ser esencial para la supervivencia de un organismo. Durante el día comemos mucha fruta y verdura. Durante la digestión estos alimentos se descomponen en moléculas más pequeñas, que son las que nos proporcionan energía. Sin embargo, muchos organismos no consumen dietas complejas como nosotros.
Muchas bacterias utilizan directamente polisacáridos, polímeros de azúcares simples, como fuente de energía. Las bacterias producen exoenzimas para descomponer los polisacáridos en moléculas más pequeñas llamadas oligosacáridos. Para degradar los polisacáridos de forma eficiente, un grupo de bacterias pueden trabajar juntas y producir exoenzimas colectivamente para degradar la molécula. Una vez que el polisacárido está completamente roto, es importante que las bacterias se dispersen y encuentren nuevas fuentes de alimentos y energía. Pero ¿cómo sabe una bacteria cuándo se ha agotado el alimento? ¿Y cómo consigue una bacteria separarse del grupo de bacterias que la rodean y desplazarse a otro lugar?
En este estudio, Astrid y su grupo[IM1] utilizaron la bacteria Vibrio cyclitrophicus para estudiar la maquinaria celular que ayuda a las bacterias a alejarse de una fuente de nutrientes agotada. La bacteria Vibrio cyclitrophicus obtiene energía degradando un polisacárido llamado alginato.
El alginato es uno de los componentes principales de la pared celular de las algas pardas. Cuando se alimentan de alginato, las células de Vibrio[IM2] lo descomponen en fragmentos más pequeños (alginato digerido). En este estudio, los autores intentaron en primer lugar ver cómo reaccionaban las células ante la presencia de alginato o de alginato digerido mediante microscopía. Descubrieron que cuando las bacterias se cultivaban en presencia de alginato exclusivamente, tras cada división celular estas permanecían unidas formando grupos más grandes. Sin embargo, cuando a las bacterias se les suministraba únicamente alginato digerido, se dispersaban tras unas pocas divisiones celulares y sólo formaban grupos pequeños, como se muestra en la siguiente figura. Esto sugiere que Vibrio cyclitrophicus trata de agruparse para descomponer polisacáridos complejos como el alginato.
En condiciones naturales, la cantidad de alginato disminuye mientras que la de alginato digerido aumenta con el tiempo. Para entender cómo reacciona una agrupación de bacterias a los cambios en la abundancia relativa de alginato y su forma digerida, los científicos cultivaron bacterias con alginato al principio y posteriormente lo sustituyeron por lo alginato digerido.
Descubrieron que en cuanto las bacterias son alimentadas con alginato digerido estas empiezan a moverse y dispersarse. Cuantificaron este comportamiento y descubrieron que las bacterias cultivadas en presencia de alginato digerido son más móviles que aquellas cultivadas el alginato intacto.
Para comprobar si la motilidad bacteriana es aleatoria o específica, los autores estudiaron la respuesta de la quimiotaxis bacteriana hacia el alginato y el alginato digerido. En un gráfico de quimiotaxis, un valor más alto indica que a las bacterias les gusta esa molécula. Los autores observaron que las bacterias se sienten atraídas por el alginato no digerido. Esto sugiere que las bacterias se dispersan en presencia de alginato digerido para intentar encontrar alginato no digerido, el cual constituye un recurso de energía aún sin utilizar.
Por último, los autores realizaron secuenciaciones de ARN (RNAseq) para ver qué ocurre en el interior de las bacterias al cambiar la dieta de alginato a alginato digerido. Descubrieron que en alginato, las bacterias crecen lentamente y no producen muchas proteínas. También encontraron que estas no producen demasiados flagelos, estructuras en forma de hilo que las bacterias utilizan para moverse. Sin embargo, en presencia de alginato digerido, el grupo de bacterias empieza a crecer más deprisa y produce más energía, más proteínas y más flagelos. Todo ello permite a las bacterias moverse con eficacia.
En conjunto, este estudio aporta datos relevantes sobre cuándo, por qué y cómo buscan alimento (forrajean) las bacterias en la naturaleza. Los autores demostraron que la bacteria Vibrio crece en agrupaciones en presencia de polisacáridos complejos como el alginato. La formación de estas aglomeraciones permite a Vibrio digerir el alginato con eficacia. En cuanto la bacteria detecta la presencia de alginato digerido, empieza a dividirse rápidamente y se dispersa para encontrar más alginato sin digerir en los alrededores. Este ciclo de comportamiento permite a la bacteria Vibrio explorar nuevos nichos en busca de alimento.
Link to the original post: Astrid KM Stubbusch, Johannes M. Keegstra, Julia Schwartzman, Sammy Pontrelli, Estelle E. Clerc, , Roman Stocker, Cara Magnabosco, Olga T. Schubert, Martin Ackermann, Glen G D’Souza. Polysaccharide breakdown products drive degradation-dispersal cycles of foraging bacteria through changes in metabolism and motility. eLife. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.93855.1
Featured image: Adapted from Astrid et. al (2024)
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