Las colonias bacterianas pueden organizarse en patrones complejos en forma de anillo que tienen una “similitud intrigante” con los embriones en desarrollo y se pensaba que eran exclusivos de las plantas y los animales, sugiere una nueva investigación. Las células bacterianas se agrupan en grupos para formar colonias muy compactas llamadas biopelículas que tienen una reputación cada vez mayor de actuar de manera extraña como organismos multicelulares. Estas biopelículas se pueden encontrar en casi cualquier lugar, desde cascos de barcos, cultivos y aguas termales, hasta la placa pegajosa y rebelde que se acumula en nuestros dientes. Pero como hemos aprendido, las biopelículas no deben confundirse con glóbulos viscosos de células, pueden formar patrones sofisticados que se asemejan a cómo las plantas y los animales desarrollan segmentos a medida que crecen, como muestra esta nueva investigación.
“Estamos viendo que las biopelículas son mucho más sofisticadas de lo que pensábamos”, dice el biólogo molecular y autor del estudio Gürol Süel, de la Universidad de California en San Diego, cuya investigación anterior sugirió que las biopelículas comparten una memoria colectiva similar a las neuronas en el cerebro (aunque no todos los científicos estaban convencidos).
Además, las biopelículas también parecen ser capaces de reclutar otras especies bacterianas para que se unan a sus comunidades mediante señales eléctricas de largo alcance. En este último estudio, Süel y sus colegas han observado que las biopelículas bacterianas que crecen en el laboratorio forman estructuras en forma de anillo que recuerdan a las ‘rayas’ del desarrollo que se ven en plantas y animales. En los organismos multicelulares, este patrón celular conocido como segmentación da lugar a diferentes tipos de tejidos y formas corporales complejas, mientras que se pensaba que las comunidades de biopelículas, que son esencialmente grupos de bacterias unicelulares, formaban solo las estructuras más primitivas.
“Nuestro descubrimiento demuestra que las biopelículas bacterianas emplean un mecanismo de patrón de desarrollo que hasta ahora se creía exclusivo de los vertebrados y los sistemas vegetales”, escriben los investigadores.
En el laboratorio, el equipo cultivó Bacillus subtilis, una bacteria en forma de varilla que se encuentra en el suelo y en los seres humanos y forma biopelículas arrugadas. Cuando carecen de nitrógeno, las biopelículas en crecimiento se organizan en bandas circulares claras, que se asemejan a los anillos de los árboles y al tipo de segmentación que se observa en los embriones en desarrollo. Mire el video a continuación, que captura una colonia que crece durante dos días.
Este patrón en forma de anillo, piensan los investigadores, es generado por un circuito genético subyacente en las células bacterianas que responde al estrés extremo cuando hay escasez de nutrientes como el nitrógeno vital. Los modelos y experimentos matemáticos revelaron que a medida que las biopelículas crecían hacia afuera y devoraban nutrientes, una ‘ola’ de agotamiento de nutrientes se movía a través de las células bacterianas, esencialmente ‘congelando’ cada célula en su lugar con los genes que mitigaban el estrés que estaban usando en ese momento. Esta respuesta al estrés pulsante e intermitente creó segmentos repetidos de diferentes tipos de células en la biopelícula circular, encontraron los investigadores y es consistente con un mecanismo de ‘reloj y forma de onda’, que solo se ha visto en organismos altamente evolucionados antes de esto.
“En una biopelícula en expansión”, escriben los investigadores, “este mecanismo de ‘congelación’ podría ocurrir naturalmente durante el desarrollo: las células en replicación en el borde de ataque de la biopelícula crecen, dejando atrás células hijas que se incrustan dentro de la biopelícula y, por lo tanto, tienen menos acceso a los nutrientes. “
Süel y sus colegas continúan especulando que este mecanismo de modelado podría ser otra forma en que las biopelículas hacen frente a condiciones impredecibles, cubriendo sus apuestas, por así decirlo, “ya que no todas las esporas se forman al mismo tiempo y en la misma región de la biopelícula”.
Sin embargo, esta no es la primera vez que los científicos han espiado comunidades bacterianas que imitan a los organismos multicelulares y, sin duda, existen marcadas diferencias entre los dos, como señalan los investigadores. En 2020, los científicos mostraron cómo el crecimiento de la biopelícula refleja el desarrollo embrionario, con colonias en expansión siguiendo una secuencia de expresión génica estrechamente orquestada durante varios meses.
En el momento en que se publicó el estudio, el genetista Tomislav Domazet-Lošo de la Universidad Católica de Croacia dijo: “Teniendo en cuenta que los fósiles más antiguos conocidos son biopelículas bacterianas, es bastante probable que la primera vida también fuera multicelular, y no una criatura unicelular según lo considerado hasta ahora”.
Süel y sus colegas también señalan que las biopelículas no exhiben límites claros entre los tipos de células de la misma manera que los embriones desarrollan capas celulares distintas, por lo que cualquier similitud aparente es solo conceptual en esta etapa. Aún así, estas observaciones recientes están reavivando algunas preguntas importantes sobre qué define a un organismo multicelular cuando los organismos unicelulares “simples” parecen estar mucho más avanzados de lo que pensamos en un principio.
“Ese debate se reavivará con este [último] estudio”, dijo a New Scientist el biólogo celular de la Universidad de Oxford, Tanmay Bharat. “Desde una perspectiva de biología celular evolutiva, sería interesante estudiar dónde se encuentran las diferencias”.
Fuente: Science Alert.
