Los científicos del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Wisconsin-Madison están observando la evolución en tiempo real.
En un estudio reciente publicado en línea en el Revista de Bacteriología , el profesor de bioquímica Michael Cox y su equipo describen la voladura E. coli bacterias con radiación ionizante una vez por semana, lo que hace que las bacterias se vuelvan resistentes a la radiación. Al hacerlo, han descubierto mutaciones genéticas y mecanismos subyacentes a esta resistencia.
Los hallazgos revelan formas de posiblemente diseñar bacterias resistentes a la radiación para usar en diversas aplicaciones en el futuro, incluida la limpieza ambiental y para proteger los microbios intestinales beneficiosos durante la radioterapia contra el cáncer.
El laboratorio de Cox lleva mucho tiempo interesado en la reparación del ADN, un proceso celular mediante el cual todos los organismos pueden reconstruir fragmentos de ADN que se rompen por tensiones como la radiación ionizante. Este tipo de radiación es de alta energía en la naturaleza y está asociada conradiación nuclear y elementos como el uranio y el plutonio. Los astronautas también están expuestos a esta forma de radiación en el espacio. Se encuentra en dosis más bajas en algunas terapias contra el cáncer y en algunas imágenes médicas, como los rayos X.
Algunos organismos, principalmente bacterias, son naturalmente resistentes a los altos niveles de radiación ionizante. Sin embargo, muchos son notoriamente difíciles de estudiar y se sabe poco sobre ellos, especialmente en comparación con E. coli . Esto llevó al equipo de Cox a buscar otra forma de estudiar las bacterias resistentes a la radiación: desarrollar las suyas propias.
Su experimento en la evolución "dirigida" es simple. El autor principal y el investigador postdoctoral Steven Bruckbauer dividieron una población de E. coli en cuatro grupos. Una vez a la semana, él y un equipo de investigadores universitarios usan equipos del Departamento de Física Médica para golpear a cada población con radiación ionizante hasta que el 99 por ciento de las células estén muertas. Luego crecen los sobrevivientes, el únicopor ciento que mejor resistió la radiación - en cultivo. La mayoría de las nuevas bacterias que crecen a partir de ellas llevan mutaciones beneficiosas para la resistencia a la radiación.
"Hay muchas mutaciones que aparecen que podrían no ser relevantes para conferir la resistencia y que están en camino", explica Cox. "Dividimos la población en cuatro para poder comparar mutaciones en múltiples poblaciones y verificar patronese intente identificar los principales impulsores de la resistencia a la radiación "
Con el tiempo, a medida que las bacterias se han vuelto resistentes, los investigadores han podido aumentar el nivel de radiación al que exponen las bacterias. El estudio profundiza en las mutaciones que han acumulado después de 50 ciclos lo que significa que las bacterias fueronirradiado 50 veces.
El análisis de secuencia realizado por los colaboradores del equipo UW-Madison en el Joint Genome Institute, una instalación del Departamento de Energía de EE. UU., Mostró mutaciones en varios genes que son responsables de una reparación más eficiente del ADN E. coli que puede ayudar a conferir resistencia. Otra mutación fue en la ARN polimerasa, la enzima responsable de la transcripción del ARN en el ADN, que finalmente se utiliza para producir proteínas importantes.
Si bien los mecanismos generales, como la reparación mejorada del ADN, son los mismos que en las bacterias resistentes de forma natural, muchas de las mutaciones que causaron esos cambios nunca se han visto antes. Bruckbauer agrega que más allá de la reparación del ADN y los cambios en la ARN polimerasa, existenformas completamente nuevas de resistencia que podrían surgir.
"Estos mecanismos para conferir resistencia son solo los que hemos visto", dice. "Es emocionante pensar en las nuevas posibilidades que no hemos identificado o que aún no han evolucionado. Hay otros mecanismos vistosen la naturaleza que esperamos aparecer eventualmente, pero luego otros nuevos podrían comenzar a evolucionar ".
El grupo actualmente está pasando el ciclo 125 de selección y planea analizar la genética de los futuros ciclos de hitos para ver qué tan resistente puede llegar a ser la bacteria.
Aunque las bacterias resistentes a la radiación existen en la naturaleza, su utilidad para una variedad de aplicaciones puede depender de las mutaciones particulares que albergan. Cox explica que tratar de diseñar dicha bacteria sin conocer estas mutaciones y cómo funcionan para mejorar el ADN de las célulasreparar sistemas sería extremadamente difícil.
Las bacterias resistentes a la radiación podrían administrarse potencialmente como probióticos para ayudar a aliviar algunos de los efectos secundarios de las terapias contra el cáncer y podrían ayudar a limpiar los sitios de desechos nucleares. Además, a la NASA le preocupa la exposición de los astronautas a la radiación en el espacio y el trabajo de Cox podríadescubrir un mecanismo por el cual podrían estar mejor protegidos.
"Hemos encontrado eso E. coli y otros organismos sensibles a la radiación poseen esta capacidad latente para volverse altamente resistentes a la radiación con modificaciones a algunas proteínas de reparación de ADN existentes ", dice Bruckbauer." Hasta donde sabemos, nadie ha hecho algo resistente a esta radiación en el laboratorio. Es un granejemplo de cómo la vida es adaptable "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :