Los microbios se están convirtiendo rápidamente en los favoritos del conjunto de comportamiento social porque sus interacciones pueden entenderse hasta sus genes. También hacen cosas interesantes: las bacterias se roban el uno al otro, se matan entre sí con toxinas que solo los parientes cercanos pueden resistiry se cuentan entre sí con sensores de quórum.
La ameba social Dictyostelium discoideum o Dicty para abreviar, es un poderoso sistema de estudio social debido al arduo trabajo de generaciones de biólogos celulares y moleculares que han descubierto muchos de los mecanismos de su proceso social. Pero se necesitan estudios en la naturaleza para entender si la cooperativa de Dictyel comportamiento beneficia a los familiares, e incluso si sus actividades sociales ocurren con frecuencia en la naturaleza.
Investigadores del Departamento de Biología en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louis están observando más de cerca la vida salvaje de Dicty, utilizando nuevas técnicas de secuenciación de genes, como se informa en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Un caso de estudio social en cuestión: desencadenado por el hambre, decenas de miles de Dicty amebae anteriormente independientes se agregan en una babosa móvil que finalmente se diferencia en un cuerpo fructífero con esporas vivas en lo alto de un tallo hecho de células de tallo estériles. Alrededor del 20 por ciento de las células.sacrificarse para formar el tallo que levanta las esporas vivas y les ayuda a dispersarse. Esta clara separación en altruistas células muertas del tallo y beneficiarios células de esporas vivas recuerda a una colonia de hormigas donde los trabajadores estériles ayudan a su reina a reproducirse.
Pero a diferencia de las hormigas, las amebas a veces forman una unidad social compuesta por individuos no relacionados. Aprovechando el genoma secuenciado y muchos genes conocidos de Dicty, David Queller y Joan Strassmann y su equipo: Suegene Noh, Katie Geist y Xiangjun Tian- Utilicé una técnica inteligente para sortear la dificultad de los estudios salvajes de Dicty.
Primero, crearon mezclas, o quimeras, de dos clones Dicty no relacionados y les permitieron morir de hambre. Luego recolectaron células en una etapa temprana cuando el destino de los altruistas células de tallo y los beneficiarios células de esporas apenas comenzaba a serclasificaron y secuenciaron su ARN para determinar qué genes se expresaban en este proceso. A modo de comparación, también establecieron un experimento de control separado con solo un clon en la mezcla. Cualquier gen que se expresó de manera más diferente en el pariente quimeraal control están los genes sociales de interés. Para asegurarse de que no solo estaban mirando los artefactos de un par de clones, repitieron el experimento con cuatro pares de clones diferentes.
"Comenzamos con la predicción de que el conflicto social generará una rápida evolución, porque cada vez que desarrollas un truco contra tu oponente, eso produce una presión selectiva sobre tu oponente para que evolucione contra ti, y así sucesivamente", dijo Queller, el profesor de biología Spencer T. Olin.
Se confirmó la predicción. Utilizando 15 genomas de Dicty recolectados por los autores de suelos en Virginia y Texas, descubrieron que los 78 genes que se expresaban de manera diferente en la quimera evolucionaban más rápidamente que otros genes.
"La presencia de genes especialmente activados en quimera y que muestran una rápida evolución es emocionante en sí misma, pero también porque respalda la validez de los experimentos de laboratorio sobre las interacciones sociales", dijo Strassmann, profesor de biología de Charles Rebstock. "Los tipos de trampasy la competencia que vemos en el laboratorio no es, por lo tanto, un artefacto, sino algo respaldado por nuestro vistazo a los genes que han evolucionado a lo largo de milenios ".
El autor principal, Suegene Noh, ahora profesor asistente en Colby College: "Fue particularmente emocionante ver una señal tan clara de rápida evolución de estos genes porque los individuos salvajes pueden ser muy variables incluso cuando son aparentemente tan simples como unicelularesamebas "
Los investigadores también querían explorar si las células se convierten en tallo o espora en función de la selección de parentesco o la selección directa. La explicación de selección de parentesco predice que las células de tallo son altruistas hacia las células de esporas que son sus parientes, mientras que la explicación de selección directa es simplemente que las células de talloson perdedores en la competencia. Para probar esto, los investigadores observaron los genes expresados en las etapas previas al tallo y preesporas. Encontraron que las predicciones de selección de parentesco se confirmaron.
"Juntos, estos dos experimentos demuestran que, en la naturaleza, las células madre son realmente altruistas que dan la vida por sus familiares", dijo Strassmann, y señaló que el trabajo anterior había demostrado que los cuerpos fructíferos silvestres son en gran parte clonales ". Pero eso noniega el hallazgo de que cuando hay no parientes en el cuerpo fructífero, se activan genes que están bajo presiones de selección competitivas.
"Es como 'Alicia en el país de las maravillas', que descubrió que tenía que correr constantemente para quedarse en el mismo lugar", dijo.
Este estudio aprovecha las firmas moleculares de la evolución de manera que probablemente resulten útiles en otras controversias de interacciones sociales microbianas, dijeron los autores.
"Todo lo que se necesita es una pregunta, un conjunto objetivo de genes hipotetizados para estar bajo un tipo particular de selección, y luego una medida de la firma genética de esa selección", dijo Queller. "Para este sistema en particular, valida eltrabajo de laboratorio que ha estado ocurriendo durante décadas, una ventaja que también podría llegar a otros sistemas "
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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