La línea divisoria entre el arte y la ciencia es a veces un remolino. Los investigadores que estudian una bacteria social que se mueve y se alimenta en enjambres coordinados han recreado sin querer algo que se parece mucho a una obra maestra familiar.
Cuando cierto gen se sobreexpresa en una bacteria conocida como Myxococcus xanthus, los organismos individuales se autoorganizan en diminutos enjambres circulares en cuestión de horas.
Una vez que los enjambres resultantes se colorean artificialmente, la escena se parece notablemente a la de Van Gogh. La noche estrellada.
(D. Wall / Universidad de Wyoming)
Arriba: una mezcla de dos cepas de mixobacterias, una que sobreexpresa TraAB (amarillo) y otra que no es adhesiva ni reversible (azul) con un aumento de x10.
“Nuestro trabajo destaca cómo una bacteria social, conocida por sus ricas fuentes de productos naturales terapéuticos y como agentes de biocontrol de cultivos, sirve como un modelo poderoso para estudiar comportamientos emergentes que también exhiben belleza artística”. dice
La noche estrellada. (Vincent van Gogh / Wikimedia Commons / Dominio público)
Las bacterias tienen fama de ser egoístas, pero M. xanthus se describe como una bacteria social porque necesita encontrar y reconocer parientes para sobrevivir.
Una vez que ha formado grupos grandes y familiares, esta bacteria en forma de bastón es mucho mejor para atacar a sus presas para alimentarse. Cada célula produce enzimas digestivas que facilitar la alimentación depredadora.
Los investigadores han estado fascinados por este comportamiento social durante años, pero todavía no tenemos un modelo integral y ampliamente aceptado para sus complejos movimientos.
En 2017, Wall y sus colegas anunciaron la descubrimiento de un único “interruptor” genético responsable de activar y desactivar este comportamiento de agrupación.
El interruptor controla específicamente una secuencia de proteínas, conocida como TraA, que proporciona un receptor de superficie para que la bacteria reconozca y se una al receptor asociado, TraB, de su familia.
Una vez que se ha adherido a un miembro de la familia a través de estos dos receptores (TraAB), la bacteria puede intercambiar nutrientes y proteínas con el resto del grupo.
Cuando el enjambre encuentra comida, la investigación de laboratorio muestra que los organismos pueden en realidad agrupan sus enzimas y metabolitos a través de estas conexiones para dar el golpe más poderoso a su presa.
Pero todo eso cambia cuando el equipo indujo a bacterias mutantes a sobreexpresar las conexiones TraAB. Esta conexión es lo que permite que las células se peguen juntas en primer lugar, pero cuando hay demasiado de este “pegamento social”, el enjambre no puede separarse tan fácilmente para cambiar su forma o dirección.
(Muro / Universidad de Wyoming)
Arriba: Mixobacterias de una cepa que sobreexpresa TraAB (verde) y una cepa que no es adhesiva ni reversible (roja) con un aumento de x4.
“En las células normales de tipo salvaje, van y vienen, van y vienen, como un tren de cercanías”. explica el bioingeniero Oleg Igoshin de la Universidad Rice.
“La cabeza se convierte en la cola y la cola en la cabeza. Y lo hacen cada 8 minutos más o menos”.
Sin embargo, una sobreexpresión de TraAB parece evitar que el enjambre cambie de cabeza a cola y viceversa.
Esto es lo que sugirieron los modelos computacionales que sucedería, pero los autores aún no pudieron entender por qué. Hasta donde ellos sabían, la conexión TraAB no estaba directamente involucrada en la regulación de los movimientos del enjambre, solo en su rigidez.
En última instancia, el equipo sospechó que la calidad pegajosa de TraB estaba impidiendo indirectamente que el enjambre de células cambiara de dirección.
“Nuestra idea era que tal vez hubiera algún tipo de señal dependiente del contacto entre las células que suprime las reversiones”. explica Igoshin.
“Las células están en grupos densos y están en contacto con otras todo el tiempo, pero esos contactos son transitorios. Pero si la sobreexpresión de TraAB realmente te vuelve pegajoso, tu vecino seguirá siendo tu vecino por más tiempo, y eso podría activar la señal que suprime la reversiones “.
(D. Wall / Universidad de Wyoming)
Arriba: Dos cepas de mixobacterias que sobreexpresan diferentes tipos de receptores TraA (rojo y verde) que se adhieren entre sí pero no entre sí.
Al ejecutar este escenario en modelos computacionales, los autores pudieron verificar su corazonada. Con solo cambios en la conexión TraAB, los enjambres habituales de cabeza a cola de repente se convirtieron en remolinos rotativos de células, tan grandes como un milímetro o más.
Otros experimentos en el laboratorio confirmaron que esto también le sucedió a las bacterias en la vida real. Específicamente, los remolinos pueden ocurrir cuando una cepa sobreexpresa la pegajosidad, pero también cuando una cepa se modifica genéticamente para que sea directamente “no reversible”.
El resultado no solo es una mejor comprensión de cómo millones de células coordinan sus movimientos, también es una imagen fascinante del mundo microbiano.
El estudio fue publicado en mSystems.
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