Las bacterias siguen usando la misma ‘contraseña’ para iniciar el proceso de fabricación de esporas, a pesar de 2.700 millones de años de evolución.

Investigadores de Carnegie Mellon, –dirigidos por Dannie Durand, del Departamento de Ciencias Biológicas–, utilizaron técnicas computacionales y experimentales para estudiar cómo la red de señalización que causa que los Bacilli y Clostridia formen esporas ha evolucionado desde que las dos bacterias divergieron de un ancestro común hace 2.700 millones de años.

Las bacterias producen esporas cuando los tiempos son difíciles. Una capa protectora se forma alrededor de las células inactivas para permitirles resistir las duras condiciones como el calor, la acidez y la radiación. Comprender la esporulación tiene implicaciones para muchos campos, incluido el cuidado de la salud. Por ejemplo, las esporas de C. difficile pueden sobrevivir en el desinfectante de manos, convirtiendo a esa bacteria en la principal causa de infecciones adquiridas en el hospital.

Las bacterias usan redes de señalización ‘conecta y ejecuta’ para detectar y responder a los desafíos ambientales. Una proteína sensor reconoce una señal ambiental y pasa un mensaje a una proteína activadora, que activa la respuesta apropiada. Cada par sensor-activador tiene un conjunto específico de aminoácidos que actúa como una contraseña, lo que garantiza que el sensor pase el mensaje al activador correcto.

En el caso de la red de esporulación, una proteína sensor reconoce las amenazas ambientales y alerta a una proteína activadora que controla la esporulación. Esta naturaleza de las redes de señalización facilita la adaptación de las bacterias en un mundo en constante cambio mediante la integración de nuevos sensores en la red de esporulación. Un sensor que reconoce un nuevo desafío puede activar la esporulación, siempre que tenga la contraseña para el activador de esporulación.

Estudios previos han demostrado que en ciertas especies bien estudiadas de Bacillus y Clostridium, las proteínas que activan la esporulación son muy similares, pero las redes de señalización que transmiten el mensaje no lo son. En Clostridium acetobutylicum, la red de señalización de esporulación consiste en dos proteínas: el sensor y el activador. En Bacillus subtilis, la red consta de cuatro proteínas: el mensaje pasa del sensor a través de dos proteínas intermedias antes de llegar al activador. Esto planteó la pregunta: ¿cómo produjo la evolución diferentes redes que logran los mismos resultados?.

Se pensó que el ancestro común tenía la red simple de dos proteínas. Los investigadores plantearon la hipótesis de que la red de esporulación Bacillar obtuvo dos proteínas a lo largo de la evolución, lo que dio como resultado la versión de cuatro proteínas que vemos hoy en Bacilli. Los Clostridia continuaron usando la red de dos proteínas. Esta hipótesis fue difícil de probar utilizando métodos de comparación de secuencia estándar, que no pueden distinguir una red de señalización de otra.

Según el estudio publicado en Plos ONE, Durand y sus colegas superaron este obstáculo al desarrollar un enfoque computacional específico que combinaba la similitud de secuencias, el contenido del dominio de proteínas y los genes vecinos para encontrar los genes implicados en la red de señalización de esporulación. Cuando aplicaron este enfoque a 28 genomas de Bacillar y 56 genomas de Clostridia, encontraron genes que codifican cuatro proteínas de red de esporulación en los Bacilli, como se esperaba. Sorprendentemente, también encontraron los cuatro genes en muchos genomas clostridiales.

Esto anuló la teoría predominante, revelando que el ancestro común debe haber tenido la red de cuatro proteínas. Esto significa que con el tiempo algunos de los Clostridia evolucionaron para usar la red de dos proteínas más simple.

«Fue sorprendente, porque tradicionalmente pensamos en la evolución pasando de simple a compleja», dijo Durand. «Pero hay más y más ejemplos de evolución yendo en la otra dirección, de lo complejo a lo simple».

Para comprender mejor estos cambios, el coautor del estudio, Philip Davidson, construyó redes artificiales de cuatro proteínas en tubos de ensayo, cada una con diferentes combinaciones de las proteínas que se encuentran en las redes de esporulación de cuatro proteínas. Él fue capaz de reemplazar cualquier proteína en una red de esporulación de cuatro proteínas Bacillar con la proteína correspondiente de una red de cuatro proteínas Clostridial, y viceversa, y el activador aún recibió el mensaje. Esto muestra que Clostridia y Bacilli todavía usan las mismas contraseñas que sus ancestros que vivieron hace 2.700 millones de años.

«Es como la red inalámbrica de su hogar. Cuando la configuró por primera vez, configuró una contraseña y la puso en todos sus dispositivos inalámbricos. Con el paso de los años, obtuvo nuevas computadoras y teléfonos inteligentes, o tuvo visitantes que necesitaban usar la red inalámbrica. Si cambias la contraseña, los dispositivos viejos no funcionarían, lo que sería una molestia. Por lo tanto, continúas usando la contraseña anterior para asegurarte de que todos puedan acceder al sistema», dijo Durand. «Los experimentos de Philip muestran que los Clostridia y los Bacilli se quedan atrapados en la misma rutina cuando se trata de cambiar las contraseñas como nosotros».

Fuente: europapress.es