El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento

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Publicado por El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento en Jueves, 21 de julio de 2016

FRASES DE CIENCIA

miércoles, 2 de noviembre de 2011

No hay cementerios para las bacterias

Por: Miguel Vicente

Al nacer, una célula de Escherichia coli tiene por delante, si el ambiente le es favorable, una vida casi infinita dedicada a crecer y reproducirse. Pero incluso las bacterias pueden mostrar huellas del paso del tiempo. Al crecer una bacteria consigue duplicar todos sus componentes, momento en el que está abocada a dividirse produciendo dos hijas que son hermanas entre sí. Por mucho tiempo se debatió sobre si las dos hermanas eran o no iguales entre sí e iguales asimismo a la madre en el momento en que nació. Descontado que el citoplasma no está físicamente compartimentalizado hasta el momento de la división, y que el nucleoide intenta corregir los errores producidos en su replicación, el problema se centra en determinar si la cubierta celular se renueva con el tiempo o si permanece fija, y por lo tanto envejecida, en una de las dos hermanas. Datos de Miguel de Pedro (del CBMSO-CSIC-UAM) sobre cómo crece la pared celular y cómo se reparte en las hijas, demostraron hace tiempo que al menos el material que ocupa los polos de la bacteria prácticamente no se renueva, por lo que un polo va siendo cada vez más viejo mientras el otro siempre acaba de nacer.

¿Mueren las bacterias? La muerte para los seres humanos, además de ser una maldición bíblica, puede ser la consecuencia de su compleja biología. No parece ser así en el mundo de las bacterias, al menos en condiciones ambientales óptimas. La foto muestra uno de los relieves que en 2008 decoraban el Zócalo en Ciudad de Méjico durante las fiestas del día de muertos. Foto: MV.

¿Afecta la edad de uno solo de sus polos al vigor de la bacteria? La forma que las bacterias como E. coli tienen de crecer y dividirse hace que el obtener con precisión datos para responder la pregunta resulte más complicado de lo que a primera vista parece. Por simple lógica la proporción de polos viejos es inversa a su edad porque cada sucesiva división celular forma dos polos nuevos, uno de edad intermedia y otro viejo, o sea, que conforme pasa el tiempo los polos viejos se van diluyendo en la población. Por otro lado resulta difícil distinguir a primera vista en una bacteria viva la edad de un polo, y mucho más el rastrear el efecto que su envejecimiento tiene sobre el vigor.

Si todo funcionase a la perfección, y como en condiciones óptimas E. colise divide tres veces cada hora, se podría predecir que si por la tarde colocamos en un medio de cultivo una bacteria aislada deberíamos llegar al día siguiente y encontrarnos con un cultivo en el que todas las numerosas descendientes se estuviesen dividiendo al mismo tiempo, lo que se llama un “cultivo sincrónico”. Que esto no es así ya lo comprobóPeter Meacock en la Univeridad de Leicester a mediados de la década de los setenta del pasado siglo.

Hace seis años se publicó un trabajo de unos investigadores franceses en el que se correlacionaba la posesión de un polo avejentado con el aumento del tiempo que la bacteria necesita para dividirse, lo que en principio podría condenar a las bacterias con el polo envejecido a la senectud y quién sabe si a la muerte. Obtuvieron los datos filmando la imagen de todas las células de una microcolonia de E. coli observada al microscopio. Al tratarse de una microcolonia todas las células eran descendientes de una sola bacteria madre, y al filmar de manera continua su desarrollo se podía trazar un exacto árbol genealógico de todas ellas y así determinar la edad de sus polos. Concluyeron por tanto que la división de una bacteria no origina dos células iguales, sino que las dos hermanas son asimétricas, y calcularon que el retraso en el crecimiento provocado por el polo anciano sería suficiente para bloquear el crecimiento de la bacteria tras cien divisiones.

Pero la íntima proximidad de todos los descendientes, la dificultad de eliminar los productos de desecho por difusión en el sustrato y la competición por los nutrientes y el oxígeno no hacen de las microcolonias el lugar ideal para favorecer el crecimiento de las bacterias. No es pues de extrañar que en 2010 otro grupo de investigadores, entre los que se encontraba François Taddei uno de los investigadores franceses autor del trabajo de 2005, hiciese un repaso al tema utilizando un ingenioso cacharro inventado por Suckjoon Jun.

Dispositivo para fotografiar bacterias individuales en crecimiento. Imagen tomada de la publicación de Suckjoon Jun.

El invento es una serie de estrechos microtubos, su diámetro es del grosor de una E. coli, no horadados sino grabados en un material transparente, a través de los que se impulsa un flujo de medio fresco templado a la temperatura óptima para el crecimiento de E. coli. Se logra así renovar las condiciones ambientales de manera constante evitando que se acumulen desechos y proporcionando un suministro continuo y estable de nutrientes y oxígeno. El dispositivo se carga con células vivas de las que algunas quedan atrapadas en los tubos. Al crecer, las células que se dividen van empujando desde el fondo del tubo a las que se encuentran más al exterior y poco a poco las consiguen expulsar. De esta manera en el fondo del tubo se aloja siempre la célula más vieja.
Imagen de bacterias encajonadas vivas en los microtubos. Al crecer se van liberando las células más jóvenes, pero la célula original queda atrapada de por vida en el fondo del tubo. Se puede observar la presencia de alguna bacteria de excesiva longitud. Imagen tomada de la publicación de Suckjoon Jun.

En resumen los resultados indicaban que las bacterias a la larga crecen todas igual y hasta la eternidad, salvo por breves episodios de parada transitoria del crecimiento que provocan de vez en cuando, cada cincuenta divisiones, la aparición de una célula muy larga, un filamento. El filamento acaba por dividirse y así rejuvenece para volver a la normalidad. Un comportamiento que ya en 1978 documenté en una publicación junto con mi amigo John Cullum.
Recuperación de las dimensiones normales por E. coli. La presencia de células más largas de lo normal no es rara en los cultivos de E. coli B/r A crecidos en líquido, a pesar de que carece de uno de los componentes (SulA) del sistema (SOS) que provoca filamentación. En los fotogramas aparecen dos células, la de la izquierda es de dimensiones normales, la de la derecha es larga en exceso. Tras poco más de una hora (tres tiempos de duplicación), y gracias a que ha montado una división celular adicional entre dos de ellas, la célula larga vuelve a tener la longitud que caracteriza a las células normales de esta estirpe. Las células se depositaron en una lámina de agar nutritivo, se observaron al microscopio colocado en la cámara de cultivos de 37 ºC de la última planta del Darwin Building de la Universidad de Edimburgo y se fotografiaron una a una a los tiempos registrados indicados en minutos en cada fotograma. Foto:MV.

Está en prensa ahora un trabajo de unos científicos de California en el que se aporta una explicación a cómo las huellas de la edad pueden ser compatibles con una aparente inmortalidad. No aportan nuevos datos sobre los ya publicados, pero proponen un modelo para interpretar los ya existentes que podría hacer compatibles las dos observaciones. Si bien las células que reciben el polo nuevo crecen de momento mejor, van con el tiempo envejeciendo y convergiendo en un equilibrio que las aproxima a las que recibieron el polo viejo, las dos tienden hacia un estado de equilibrio, pero lo hacen siguiendo trayectos diferentes. Para este equipo la asimetría generada por la división, pese a tener como resultado el envejecimiento, consigue a la larga que la población se mantenga saludable. A mi entender, no disponemos de conocimientos suficientes para extrapolar los resultados, y menos aún el modelo, a los organismos pluricelulares, pero ellos lo hacen y proponen una ambigua correlación entre las células que reciben el polo viejo y las células madre.

REFERENCIAS:
Para localizar los trabajos citados basta seguir los enlaces del texto.

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