Durante los últimos años, la investigación del laboratorio del biólogo Gürol Süel de la Universidad de California en San Diego ha descubierto una serie de características notables exhibidas por grupos de bacterias que viven juntas en comunidades conocidas como biopelículas.
Las biopelículas prevalecen en el mundo vivo, habitan en las tuberías de alcantarillado, los mostradores de la cocina e incluso en la superficie de nuestros dientes. Un estudio de investigación anterior demostró que estas biopelículas emplean sistemas sofisticados para comunicarse entre sí, mientras que otra biopelículas demostró que tienen una gran capacidad paramemoria.
El laboratorio de Süel, junto con investigadores de la Universidad de Stanford y la Universitat Pompeu Fabra en España, ahora ha encontrado una característica de las biopelículas que revela que estas comunidades son mucho más avanzadas de lo que se creía. El estudiante graduado de Ciencias Biológicas Kwang-Tao Chou, ex Ciencias BiológicasLa estudiante de posgrado Daisy Lee, Süel y sus colegas descubrieron que las células del biofilm están organizadas en patrones elaborados, una característica que anteriormente solo se había asociado con organismos de nivel superior como plantas y animales.Los hallazgos, que describen la culminación de ocho años de investigación., se publican el 6 de enero en la revista Celda.
"Estamos viendo que las biopelículas son mucho más sofisticadas de lo que pensábamos", dijo Süel, profesora de la Sección de Biología Molecular de la División de Ciencias Biológicas de UC San Diego, con afiliaciones en el Centro de Biología de Sistemas de San Diego, Instituto BioCircuitsy Center for Microbiome Innovation. "Desde una perspectiva biológica, nuestros resultados sugieren que el concepto de patrones celulares durante el desarrollo es mucho más antiguo de lo que se pensaba. Aparentemente, la capacidad de las células para segmentarse en el espacio y el tiempo no solo surgió con las plantas yvertebrados, pero puede remontarse a más de mil millones de años".
Las comunidades de biopelículas están formadas por células de diferentes tipos. Anteriormente, los científicos no habían pensado que estas células dispares podrían organizarse en patrones complejos regulados. Para el nuevo estudio, los científicos desarrollaron experimentos y un modelo matemático que reveló la base genética de unmecanismo de "reloj y frente de onda", anteriormente solo visto en organismos altamente evolucionados que van desde plantas hasta moscas de la fruta y humanos. A medida que la biopelícula se expande y consume nutrientes, una "ola" de agotamiento de nutrientes se mueve a través de las células dentro de la comunidad bacteriana y congela un reloj moleculardentro de cada celda en un momento y posición específicos, creando un intrincado patrón compuesto de segmentos repetidos de distintos tipos de celdas.
El gran avance para los investigadores fue la capacidad de identificar el circuito genético subyacente a la capacidad de la biopelícula para generar los anillos concéntricos de patrones de expresión génica en toda la comunidad de biopelículas. Luego, los investigadores pudieron modelar predicciones que mostraban que las biopelículas podían generar inherentemente muchos segmentos.
"Nuestro descubrimiento demuestra que las biopelículas bacterianas emplean un mecanismo de patrón de desarrollo que hasta ahora se creía que era exclusivo de los sistemas de vertebrados y plantas", señalan los autores en el Celda papel.
Los hallazgos del estudio ofrecen implicaciones para una multitud de áreas de investigación. Debido a que las biopelículas son omnipresentes en nuestras vidas, son de interés en aplicaciones que van desde la medicina hasta la industria alimentaria e incluso el ejército. Las biopelículas como sistemas con la capacidad de probar qué tan simplelos sistemas celulares pueden organizarse en patrones complejos, lo que podría ser útil en la biología del desarrollo para investigar aspectos específicos del reloj y el mecanismo de forma de onda que funciona en los vertebrados, por ejemplo.
"Podemos ver que las comunidades bacterianas no son solo masas de células", dijo Süel, quien prevé colaboraciones de investigación que ofrezcan bacterias como nuevos paradigmas para estudiar patrones de desarrollo. "Tener un sistema bacteriano nos permite proporcionar algunas respuestas que son difíciles de obteneren sistemas de vertebrados y plantas porque las bacterias ofrecen sistemas más accesibles experimentalmente que podrían proporcionar nuevos conocimientos para el campo del desarrollo".
Los coautores del artículo incluyen: Kwang-Tao Chou estudiante graduado de UC San Diego, Dong-yeon Lee ex estudiante graduado de UC San Diego, ahora becario postdoctoral en la Universidad de Stanford, Jian-geng Chiou estudiante postdoctoral de UC San Diegobecaria, Leticia Galera-Laporta becaria posdoctoral UC San Diego, San Ly ex investigadora UC San Diego, Jordi Garcia-Ojalvo profesor Universitat Pompeu Fabra y Gürol Süel profesor UC San Diego.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego. Original escrito por Mario Aguilera. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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