Resistencia a los antibióticos: Las bacterias utilizan diferentes estrategias para sobrevivir bajo estrés

En condiciones de laboratorio, muchas bacterias comunes se reproducen y dividen en mitades simétricas; pero en el mundo real, con recursos limitados, las condiciones no siempre son ideales para este tipo de crecimiento cuidadosamente planificado. Un estudio realizado por científicos de la Universidad de Chicago, Estados Unidos, muestra cómo las cianobacterias (bacterias que producen energía a través de la fotosíntesis como las plantas) cambian la forma en que crecen y se dividen en respuesta a diferentes niveles de luz.

Con las condiciones de luz típicas, las células permanecen relativamente cortas y se dividen simétricamente; pero a medida que la luz se atenúa, las células crecen y se dividen de manera desigual, lo que da como resultado dos células hijas de diferentes longitudes. Los investigadores creen que esta puede ser una estrategia de supervivencia que evolucionó para ayudar a estas bacterias a sobrevivir en condiciones menos idóneas.

“En el mundo real, la mayoría de las bacterias viven en un estado de crecimiento limitado, deficiente en nutrientes y solo reciben una bocanada ocasional de algo que pueden comer”, explica el autor principal del estudio, Michael Rust, profesor asociado de Genética Molecular, Biología Celular y Física. “Probablemente, lo que está seleccionando la evolución es la capacidad de tolerar la inanición durante mucho tiempo y utilizar esos recursos raros de la manera más eficiente posible”, añade.

En el nuevo trabajo, presentado como artículo de portada en el último número de ‘Cell Systems’, Rust y Yi Liao, investigador postdoctoral en su laboratorio, usaron imágenes de lapso de tiempo para rastrear la división celular en ‘Synechococcus elongatus’, una cianobacteria en forma de barra. Los autores vieron que, bajo condiciones de luz tenue, que causan estrés a las células al limitar su fuente de energía, las células de ‘S. Elongatus’ crecen más de lo normal. Cuando las luces vuelven a encenderse, las células de menos de ocho micrómetros aún se dividen simétricamente, pero por encima de esta longitud, las divisiones se vuelven desiguales, produciendo típicamente una hija corta (aproximadamente tres micrómetros) y una más larga.

    En muchas bacterias, la posición en la que una célula madre se divide en dos está controlada por algo llamado sistema Min, un grupo de proteínas que se mueve dentro de la célula. En una célula corta típica, una de las proteínas, MinC, se acumula en un extremo y luego, cada pocos minutos, se mueve hacia el extremo opuesto. A medida que rebotan de un lado a otro, las proteínas MinC pasan más tiempo en los extremos y menos en la mitad de la célula, como apretar un globo de agua en el medio y moverlo hacia adelante y hacia atrás. Como MinC inhibe la división celular, esta oscilación crea una especie de punto débil en el medio donde la célula se puede dividir.
Para ver si el sistema Min también es responsable de las divisiones asimétricas observadas en células más largas, Liao y Rust etiquetaron la proteína MinC con un marcador fluorescente que les permitió seguir sus movimientos. Encontraron que el sistema Min exhibe diferentes patrones dependiendo de la longitud de la célula. Las proteínas mantuvieron un patrón oscilatorio característico de ida y vuelta en células cortas, pero formaron una variedad de patrones dinámicos en células más largas, que incluyen oscilaciones multibanda, ondas viajeras y otros patrones más complejos.
Información relevante para mejorar el uso de los antibióticos
En todos estos patrones en células largas, siempre se vio una región sin MinC a unos tres micrómetros del extremo de la célula, lo que permite a las células dividirse fuera del centro y formar una hija pequeña de un tamaño específico. “Creemos que los patrones cambian porque son geométricamente sensibles, por lo que se pueden adaptar a un tamaño de célula cambiante –dice Liao–. La capacidad de formar estos diferentes patrones permite que tanto las células más cortas se dividan simétricamente como que las células más largas produzcan células hijas cortas”.   Rust y Liao dijeron que no están seguros de por qué las bacterias se dividen en distintas longitudes en condiciones estresantes o si una longitud proporciona una ventaja sobre otra. Podría ser que las células más pequeñas sean capaces de maniobrar mejor para encontrar recursos y el alargamiento podría dar a la célula más área de superficie para absorber la luz en condiciones de poca luz. Incluso, hay evidencia de que la longitud es un mecanismo de defensa para los patógenos, porque es más difícil para una célula inmune engullir una célula bacteriana realmente larga.De cualquier manera, Rust dice que entender cómo crecen y se dividen las bacterias en condiciones reales puede ayudar a las estrategias para usar antibióticos. Por ejemplo, las células pueden necesitar una cierta longitud para poder infectar a alguien, o simplemente se alargan y no se dividen como una forma de superar los tiempos difíciles. Los científicos podrían usar esto para su ventaja y diseñar formas de interferir con el sistema de Min e interrumpir los trucos de las bacterias para sobrevivir.

“Hay todo este mundo oculto de la biología de las condiciones subóptimas –afirma Rust–. Podemos entender cómo los organismos están creciendo y prosperando en circunstancias difíciles que pueden revelar nuevas reglas de cómo se comporta la vida”.

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