Las bacterias son capaces de un crecimiento extremadamente rápido, pero solo cuando las condiciones son correctas. Si carecen de nutrientes, o si hace demasiado frío o seco, entrarán en un estado latente para esperar. Hasta ahora, la cuestión de cómolas células bacterianas individuales deciden si dividirse se ha estudiado generalmente usando poblaciones que crecen felizmente, pero hasta la fecha nadie ha podido decir qué es lo que hace que una bacteria latente se despierte y comience a dividirse.
Ahora Uwe Sauer, Jefe del Instituto de Biología de Sistemas Moleculares en ETH Zurich, y su equipo de investigadores han resuelto este misterio. Estudiaron la bacteria intestinal E. coli para averiguar qué impulsa la decisión de una célula de dividirse por primera vez. Sorprendentemente, la respuesta radica en una sola proteína en el interior de la célula bacteriana: solo cuando la concentración de esta proteína se eleva por encima de un cierto umbral, la célula se dividiráSegún sus hallazgos, los investigadores desarrollaron un modelo matemático. "Ahora, por primera vez, este modelo hace predicciones cuantitativas de cuándo comenzará la división celular", dice Sauer. Su estudio fue publicado recientemente en la revista Biología de sistemas moleculares .
Activación rápida del metabolismo
Para comprender este mecanismo, los investigadores primero causaron el E. coli las bacterias se vuelven inactivas al privarlas de nutrientes. Luego, alimentaron a las células con pequeñas gotas de solución de glucosa, que las bacterias no perdieron tiempo en devorar: en cuestión de segundos, su metabolismo entró en acción. Para demostrar esto, los investigadores utilizaronUn método desarrollado en el laboratorio de Sauer que permite la medición simultánea en tiempo real de cientos de productos metabólicos.
Su análisis mostró que a las bacterias les tomó un tiempo asombrosamente corto convertir la glucosa que fueron alimentadas en nueva biomasa, incluidos aminoácidos y ácidos nucleicos del tipo que posteriormente forman proteínas y ADN, los requisitos previos para formar nuevas células.
la frecuencia de alimentación es clave
Las bacterias que ya están en una fase de crecimiento continuarán dividiéndose mientras exista suficiente biomasa nueva. Pero era una historia diferente con las células inactivas: darles las gotas nutritivas de glucosa cada diez minutos hizo que produjeran más y más biomasacon el tiempo, pero todavía no se dividieron. Solo cuando los investigadores redujeron el intervalo de tiempo y alimentaron las células cada cuatro minutos, se produjo la división celular, aunque después de una hora. Acelerar la velocidad de alimentación a una vez por minuto tuvo el efecto de que la célulala división comenzó casi de inmediato. "No fue la cantidad total de azúcar lo que fue decisivo, sino más bien la frecuencia de alimentación", dice Sauer.
Esto llevó a los investigadores a sospechar que las células estaban convirtiendo la glucosa en una proteína clave, pero que esta proteína se estaba descomponiendo en el tiempo entre las comidas. Solo cuando se proporciona glucosa a intervalos suficientemente frecuentes se produce más proteína quedesglosado, permitiendo que la célula se divida. Para probar su hipótesis, los investigadores analizaron la literatura científica en busca de proteínas que juegan un papel en la división celular y son desglosadas por las propias proteasas de la célula. Así es como rastrearon la proteína FtsZ, queforma un anillo durante la división que ayuda a una célula a dividirse en dos células hijas.
proteína de división celular FtsZ como señal
Junto con el profesor Roman Stocker del Instituto de Ingeniería Ambiental de ETH Zurich y el profesor Suckjoon Jun de la Universidad de California, San Diego, los investigadores pudieron demostrar que FtsZ realmente se desglosa E. coli células y que su concentración disminuye durante los períodos de inanición. Resulta que esta era la proteína clave que los investigadores estaban buscando, porque acelerar artificialmente la descomposición de FtsZ retrasó el inicio de la división celular. En contraste, cuando los investigadores utilizaronLos métodos genéticos para hacer que las células produzcan más FtsZ, esas células comenzaron a dividirse antes. "Así es como demostramos que la concentración de FtsZ es la señal decisiva para que las células comiencen a dividirse", dice Sauer.
En su opinión, estos nuevos hallazgos no solo sirven para una mayor investigación básica, sino que también pueden formar la base para aplicaciones específicas: FtsZ está presente no solo en E. coli pero en casi todas las especies de bacterias, incluidos los patógenos como Mycobacterium tuberculosis. "Si queremos evitar que las bacterias latentes comiencen a dividirse, FtsZ es un buen punto de ataque", dice Sauer. Desde hace algunos años, varios laboratorioshan llevado a cabo investigaciones sobre sustancias que aceleran la descomposición de FtsZ, lo que los convierte en candidatos prometedores para nuevos antibióticos.
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Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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