Las bacterias ‘rencorosas’ preferirían matar de hambre a su colonia que dejar que prosperaran los gorrones

Las colonias bacterianas preferirían realizar “suicidio evolutivo” que aguantar las cepas tramposas que se alimentan de la colonia sin devolver nada.

Ese es el hallazgo hecho por un equipo de investigadores que modelado cómo responde una colonia a las bacterias aprovechadas que consumen más de lo que les corresponde.

bacterias a menudo trabajan juntos como colonia para sobrevivir, producir recursos que son utilizados por otras bacterias.

Por ejemplo, las bacterias a menudo secretan enzimas que descomponen las fuentes de alimentos en nutrientes, lo que beneficia a las bacterias vecinas.

A veces, sin embargo, pueden ser operadores egoístas que consumen recursos sin aportar nada ellos mismos.

“Es costoso para una bacteria contribuir a la comunidad, por lo que para un individuo egoísta, lo mejor es simplemente aceptar lo que se ofrece sin devolver nada”. dice Alex Moffett, biólogo computacional de la Universidad de York, Toronto, y autor principal del nuevo estudio. “Pero obviamente esto es malo para todos, por lo que la comunidad necesita una forma de desalentar el mal comportamiento”.

Para determinar la tasa de productos bioquímicos (también conocida como ‘bienes públicos

‘) dependiendo de la densidad de población, las colonias de bacterias utilizan un sistema llamado la detección de quórum.

La detección de quórum funciona regulando la expresión de genes cooperativos en una población de bacterias a través de pequeñas moléculas llamadas autoinductores.

Cuantas más bacterias hay, más autoinductores se acumulan. Si la concentración de autoinductores supera los niveles críticos, se desencadenan cambios en las bacterias que, como grupo, han superado los recursos disponibles.

A través de un modelo matemático, los investigadores encontraron que la detección de quórum tiene el efecto de castigar a los gorrones al reducir la disponibilidad de recursos compartidos.

Pero, en algunos casos, castigar a los tramposos daña la supervivencia de toda la colonia, ya que los productores también carecen de recursos.

“Sin nutrientes alternativos, la detección de quórum por parte de los productores retiene la única fuente de nutrientes de toda la población, lo que perjudica tanto a los productores como a los tramposos en términos del tiempo medio de extinción de la población total”, dijeron los investigadores. escribe.

“No esperábamos ver este comportamiento, que incluso podría llamarse ‘rencoroso'”, explica Andrew Eckford, biólogo computacional también de la Universidad de York. “Pero indica que la detección de quórum es una herramienta notablemente flexible para hacer cumplir la equidad”.

los los investigadores describen este comportamiento como “un posible ejemplo de suicidio evolutivo demográficamente estocástico”.

Si bien están llenos de suposiciones, los modelos matemáticos son herramientas útiles que ayudan a los científicos a controlar sistemas dinámicos complicados. En este caso, comprender las brutales compensaciones que hacen las colonias bacterianas para sobrevivir podría, con más investigación, arrojar luz sobre cómo las infecciones bacterianas se arraigan y causan enfermedades.

Por ejemplo, las personas con fibrosis quística a menudo contraen infecciones pulmonares, con Pseudomonas aeruginosa – una ‘superbacteria’ resistente a los medicamentos – siendo un culpable común.

en los pulmones, P. aeruginosa forma biopelículas pequeñas y densas de alrededor de 1000 células bacterianas, que actúan como una capa protectora resistente, lo que dificulta matar las bacterias y eliminar la infección con antibióticos

El modelo matemático de la detección de quórum puede ayudar a los investigadores a comprender cómo las bacterias pueden colonizar los pulmones de manera tan efectiva, lo que podría señalar el camino hacia nuevos tratamientos. dice Moffett.

Esta investigación fue publicada en PLOS Biología Computacional.

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