Muchos sistemas vivos comparten una capacidad fundamental de cooperación. Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células que se comunican entre sí, realizan tareas específicas y comparten sus recursos. Muchos microorganismos unicelulares cooperan de manera similarmente versátil: se formancomunidades e intercambian genes y recursos útiles entre ellos.
El microbio Myxococcus xanthus es particularmente cooperativo. Se encuentra en suelos de todo el mundo, ha sido utilizado por los científicos como un organismo modelo para estudiar el desarrollo y la cooperación microbiana. Las células de esta bacteria depredadora forman grupos cooperativos que se agrupan y cazan otros microorganismos dentro del sueloPara moverse en grupo, secretan sustancias lubricantes y expulsan los apéndices que se adhieren a la superficie circundante y a otras células, moviéndolos hacia adelante a medida que retraen estos apéndices. Cuando la comida escasea, miles de estas bacterias se acumulan en un cuerpo fructíferoy forman esporas en reposo, lo que les permite soportar el hambre y la sequía.
estrechamente relacionado, pero muy diferente
Los investigadores tenían razones teóricas para esperar que los grupos cooperativos de microbios en la naturaleza en general pudieran ser socialmente homogéneos, ya que esto evitaría que el conflicto entre las células socavara la cooperación. Se ha demostrado que individuos genéticamente distintos de diferentes grupos a menudo evitan, obstruyen e incluso"Nuestro conocimiento sobre la composición genética dentro de los grupos cooperativos de estas bacterias sociales en la naturaleza solía ser muy limitado", dice Sébastien Wielgoss, profesor en el grupo de investigación del profesor Gregory Velicer, Instituto de Biología Integrativa, ETH Zurich.
Con sus colegas, Wielgoss y Velicer han examinado más de cerca las relaciones genéticas entre los miembros de la misma M. xanthus grupo de cuerpo fructífero en el suelo. Usaron una de las colecciones más grandes de M. xanthus cepas en todo el mundo, mantenidas por Velicer en sus congeladores de laboratorio.
En un estudio publicado recientemente en ciencia , los investigadores utilizaron análisis genéticos para mostrar que, mientras que los grupos cooperativos de la bacteria del suelo M. xanthus consisten en células estrechamente relacionadas, el número de tipos genéticos y variedades de comportamiento social que se encuentran dentro de los grupos individuales de fructificación son inesperadamente altos. Los investigadores dedujeron que estas colecciones de líneas celulares diversificadas pueden permanecer intactas durante cientos de generaciones.
Selección en genes sociales
Para su estudio, los investigadores investigaron grupos de células que descendieron recientemente de un ancestro común. La mutación formó varias líneas celulares socialmente diferentes, pero estrechamente relacionadas, dentro de estos grupos, con líneas que difieren en la rapidez con la que pululan o cuántas esporas producendentro de un cuerpo fructífero.
Algunas formas de diversidad representan una amenaza para la productividad del grupo. Por ejemplo, las bacterias individuales pueden exhibir un comportamiento de "trampa": contribuyen poco al grupo mientras explotan a sus otros miembros y reducen la función del grupo ". Sin embargo, los estudios de comportamiento con estos mismos gruposno han encontrado tales trampas socialmente disruptivas ", dijo Wielgoss. Por el contrario, si bien la mayoría de los grupos son muy diversos desde el punto de vista genético y social, la diversidad observada no parece socavar las funciones cooperativas a nivel grupal.
Los investigadores atribuyen esta gran diversidad de patrones de comportamiento a la selección evolutiva que se centra en un pequeño número de genes "sociales" que controlan los hábitos sociales de la bacteria. Las mutaciones en estos "puntos críticos de selección" favorecidos por la selección natural causan una variedad de comportamientoscambios, produciendo una sociedad diversa de células con niveles variables de producción de esporas y velocidad de enjambre.Los investigadores especulan que las líneas distintas en el mismo grupo probablemente también difieran en sus habilidades de caza cooperativas, aunque esto no se probó en este estudio.
Wielgoss explicó que la selección natural puede favorecer algunas combinaciones de líneas celulares diversificadas sobre otras combinaciones o incluso sobre grupos homogéneos: "Los grupos celulares con un gran repertorio conductual pueden responder a los cambios ambientales de manera más efectiva. A menudo pueden ser más exitosos evolutivamente que los grupos homogéneosde células que se comportan de la misma manera. La 'diversidad cultural' parece ser bastante frecuente entre los grupos sociales bacterianos ".
Entendiendo la cooperación celular
Los microorganismos son omnipresentes. Cumplen funciones importantes en nuestra vida cotidiana: como ayudantes en nuestra flora intestinal, como patógenos o como agentes en la producción de alimentos. Muchos se combinan en grupos cooperativos de células en la naturaleza también. Los investigadores creen que estas nuevas ideasLas propiedades genéticas y de comportamiento de las bacterias cooperativas del suelo también pueden ayudarnos a comprender la cooperación dentro de otros tipos de bacterias, incluido el importante patógeno Pseudomonas aeruginosa que infecta a pacientes inmunocomprometidos y causa infecciones graves a largo plazo.
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Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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