Descubren nuevos detalles del proceso de “hibernación” de las bacterias

El proceso se llama translocación de ADN y consiste en el traslado de material genético de un lado a otro de un organismo. “Lo estudiamos en una bacteria que tiene la capacidad de ‘guardar’ esta información como un mecanismo de adaptación y supervivencia. Ahora, avanzamos en intentar entender más sobre ese funcionamiento y desarrollamos un modelo matemático para hacer simulaciones”, explica Osvaldo Chara, investigador independiente del CONICET en el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET-UNLP) y líder del grupo de biología de sistemas (SysBio, por su nombre en inglés) que ha publicado recientemente un trabajo en la revista Scientific Reports.

La bacteria empleada se llama Bacillus subtilis y la eligieron porque se trata de un sistema biológico simple que sirve como modelo para estudios microbiológicos. Lo que ya se sabía es que, frente a condiciones ambientales adversas como ascenso o descenso de temperatura, cambios bruscos en el pH o presencia de radiación, es capaz de crear una nueva versión de sí misma en la que guarda una copia completa de su genoma. Esa especie de célula hija se llama espora y es más pequeña, aunque con una membrana mucho más resistente al exterior. Puede permanecer durante cientos de años en lo que sería el equivalente a una hibernación en animales, y despertar cuando el entorno vuelve a ser favorable.

“El proceso se llama esporulación, y para llevarlo adelante la bacteria se vale de, entre otras cosas, una proteína denominada SpoIIIE que trabaja como un motor molecular translocando la copia de ADN hasta la espora. Y lo hace muy rápido: el movimiento del cromosoma le lleva apenas minutos”, relata Chara. La investigación se llevó adelante en colaboración con expertos del Centro de Bioquímica Estructural (CBS) de la Universidad de Montpellier, Francia, donde se realizaron los experimentos que luego fueron contrastados con el modelo matemático desarrollado aquí.

Básicamente, lo que sucede es que dentro de la bacteria se forma un septum, es decir una pared que la divide en dos justo en el momento de crearse la espora, que queda en uno de esos lados, y es allí donde se va a introducir el ADN”, describe Chara. En el camino que los guía para dilucidar por completo el fenómeno de la translocación del ADN durante la esporulación, estos científicos ya habían publicado un trabajo previo describiendo cómo hace SpoIIIE para unirse al cromosoma y transportarlo en la dirección correcta sin emplear ninguna fuente de energía. Una vez que tuvieron claro ese funcionamiento, dieron un paso más y probaron qué sucede cuando sí se cuenta con dicho recurso, que es lo que muestra el nuevo estudio.

“La de ahora es una condición más realista: hay una molécula llamada adenosina trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés), que mediante una reacción química libera mucha energía que le sirve al organismo para realizar algún trabajo mecánico”, apunta Augusto Borges, estudiante de Física en la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) e integrante del grupo, y continúa: “Antes habíamos visto que, cuando no hay ATP, la proteína SpoIIIE explora rápidamente largas regiones de ADN –que en el modelo matemático graficamos como un extenso fideo– para encontrar secuencias específicas, es decir partes, que aceleran el proceso de translocación porque actúan como señales de tránsito y le indican en qué dirección está la espora, el destino final de la información genética que está transportando”.

“Lo que determinamos en el nuevo trabajo es que, cuando aparece una molécula de ATP como fuente de energía, la probabilidad de que la proteína SpoIIIE empiece a translocar rápidamente y en la dirección correcta es muchísimo más alta. Es decir que no es imprescindible que se pegue a una de esas secuencias específicas del ADN que le muestran dónde está la espora, pero cuando toma ese combustible, es seguro que inmediatamente se va a activar el mecanismo para comenzar a tirar información genética hacia el lado que corresponde”, relatan los expertos.

Un dato a tener en cuenta es la complejidad de los cromosomas –las estructuras de la célula que guardan información genética–, ya que cada uno está compuesto por alrededor de cuatro millones de pares de bases, que vendrían a ser sus bloques de construcción. “Moverlo a alta velocidad es un enorme trabajo. Cuando aparece ATP, podemos decir que el mecanismo no resulta eficiente, porque consume muchísima de esa energía, pero sí muy efectivo, dado que el traslado es prácticamente inmediato, satisfaciendo realmente la necesidad de supervivencia de la bacteria”, agregan.

Vale destacar que la esporulación es un fenómeno importante y con muchas implicancias en el terreno de la medicina y la salud pública, ya que las esporas son precisamente las estructuras que les permiten a las bacterias sobrevivir decenas de años, aún a temperaturas altísimas u otras condiciones extremas en que, si bien los microorganismos mueren, no así esta especie de copia de seguridad que hacen de su propio genoma para renacer más adelante.

Por Mercedes Benialgo

Sobre investigación:

Osvaldo Chara. Independiente. IFLYSIB.

Augusto Borges. Estudiante. UNLP.

Pierre-Emmanuel Milhiet. CBS. Universidad de Montpellier.

Marcelo Nöllmann. CBS. Universidad de Montpellier.

Diego I. Cattoni. CBS. Universidad de Montpellier.