Las colonias bacterianas pueden organizarse en patrones complejos similares a anillos que tienen una “similitud intrigante” con los embriones en desarrollo y se pensaba que eran exclusivos de las plantas y los animales, sugiere una nueva investigación.
Las células bacterianas se agrupan en grupos para formar colonias apretadas llamadas biopelículas que tienen un creciente reputación por actuar extrañamente como organismos multicelulares. Estas biopelículas se pueden encontrar en casi cualquier lugar, desde cascos de barcos, cultivos y aguas termales, hasta la placa pegajosa y resistente que se acumula en los dientes.
Pero como hemos aprendido, las biopelículas no deben confundirse con pegotes viscosos de células: pueden formar patrones sofisticados que se asemejan a cómo las plantas y los animales desarrollan segmentos a medida que crecen, como muestra esta nueva investigación.
“Estamos viendo que las biopelículas son mucho más sofisticadas de lo que pensábamos”, dice biólogo molecular y autor del estudio Gürol Süel de la Universidad de California en San Diego, cuya investigación anterior sugirió que las biopelículas comparten una memoria colectiva similar a las neuronas en el cerebro (aunque no todos los científicos estaban convencidos).
Además, las biopelículas también parecen ser capaces de reclutar otras especies bacterianas para unirse a sus comunidades mediante señales eléctricas de largo alcance.
En este último estudio, Süel y sus colegas han observado biopelículas bacterianas cultivadas en el laboratorio que forman estructuras similares a anillos que recuerdan a las “rayas” de desarrollo que se ven en plantas y animales.
En los organismos multicelulares, este patrón celular conocido como segmentación da lugar a diferentes tipos de tejidos y formas corporales complejas, mientras que se pensaba que las comunidades de biopelículas, que son esencialmente grupos de bacterias unicelulares, formaban solo las estructuras más primitivas.
“Nuestro descubrimiento demuestra que las biopelículas bacterianas emplean un mecanismo de patrón de desarrollo que hasta ahora se creía que era exclusivo de los sistemas de vertebrados y plantas”, dijeron los investigadores. escribir.
En el laboratorio, el equipo creció Bacillus subtilis, una bacteria con forma de bastón que se encuentra en el suelo y en los humanos y forma biopelículas arrugadas.
Cuando carecían de nitrógeno, las biopelículas en crecimiento se organizaban en bandas circulares claras, que se asemejaban a los anillos de los árboles y al tipo de segmentación que se observa en los embriones en desarrollo. Mire el video a continuación, que captura una colonia que crece durante dos días.
Este patrón en forma de anillo, creen los investigadores, es generado por un circuito genético subyacente en las células bacterianas que responde al estrés extremo cuando escasean los nutrientes como el nitrógeno vital.
El modelado matemático y los experimentos revelaron que a medida que las biopelículas crecían y engullían nutrientes, una ‘ola’ de agotamiento de nutrientes se movió a través de las células bacterianas, esencialmente ‘congelando’ cada célula en su lugar con los genes mitigadores del estrés que estaban usando en ese momento.
Esta respuesta de estrés pulsante, intermitente, creó segmentos repetitivos de diferentes tipos de células en la biopelícula circular, encontraron los investigadores y es consistente con un mecanismo de ‘reloj y forma de onda’, que solo se ha visto en organismos altamente evolucionados antes de esto.
“En una biopelícula en expansión”, los investigadores escribir, “este mecanismo de ‘congelación’ podría ocurrir naturalmente durante el desarrollo: las células replicantes en el borde de avance del biofilm crecen, dejando células hijas que se incrustan en el biofilm y, por lo tanto, tienen menos acceso a los nutrientes”.
Süel y sus colegas continúan especular que este mecanismo de patrón podría ser otra forma en que las biopelículas se enfrentan a condiciones impredecibles, cubriendo sus apuestas, por así decirlo, “ya que no todas las esporas se forman al mismo tiempo y en la misma región de la biopelícula”.
Sin embargo, esta no es la primera vez que los científicos observan comunidades bacterianas que imitan a los organismos multicelulares y, sin duda, existen marcadas diferencias entre los dos, ya que los investigadores Nota.
En 2020, los científicos demostraron cómo el crecimiento de biopelículas refleja el desarrollo embrionario, con colonias en expansión siguiendo una secuencia de expresión génica estrechamente orquestada durante varios meses.
En el momento en que se publicó el estudio, el genetista Tomislav Domazet-Lošo de la Universidad Católica de Croacia dijo: “Teniendo en cuenta que los fósiles más antiguos que se conocen son biopelículas bacterianas, es muy probable que la primera vida también fuera multicelular, y no unicelular”. criatura como se ha considerado hasta ahora”.
Süel y sus colegas también señalan que las biopelículas no muestran límites claros entre los tipos de células de la misma manera que se desarrollan los embriones. distintas capas de células por lo que cualquier similitud aparente es solo conceptual en esta etapa.
Aún así, estas observaciones recientes están reavivando algunas grandes preguntas sobre lo que define a un organismo multicelular cuando los organismos unicelulares ‘simples’ parecen ser mucho más avanzados de lo que pensábamos al principio.
“Ese debate será reavivado por este [latest] estudio”, biólogo celular de la Universidad de Oxford Tanmay Bharat dijo Científico nuevo. “Desde la perspectiva de la biología celular evolutiva, sería interesante estudiar dónde se encuentran las diferencias”.
El estudio fue publicado en Celda.
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