Los científicos han descubierto un gen necesario para el estilo de vida inusual de bacterias diminutas que viven en la superficie de bacterias más grandes. Las bacterias compañeras son un grupo misterioso de pequeños microorganismos cuyas formas de vida son difíciles de alcanzar. Aunque los científicos sólo pueden cultivar unas pocas de estas especies, forman parte de una familia diversa que se encuentra en muchos entornos.
La micrografía electrónica de barrido muestra pequeñas células de Corynebacterium de color púrpura que crecen en la superficie de una célula mucho más grande. Una nueva investigación dirigida por el laboratorio de Joseph Mougous en el Centro Médico de la Universidad de Washington en Seattle revela su ciclo de vida, sus genes y algunos de los mecanismos moleculares detrás de su inusual estilo de vida. Estas bacterias epífitas son Southlakia epibionticum. Crédito de la imagen: Yaxi Wang, WaiPang Chan y Scott Braswell/Universidad de Washington
Las pocas especies de Corynebacterium que los investigadores pudieron cultivar en el laboratorio viven en la superficie celular de otro microbio huésped más grande. Las corinebacterias generalmente carecen de los genes necesarios para producir muchas de las moléculas necesarias para la vida, como los aminoácidos que forman las proteínas, los ácidos grasos que forman las membranas y los nucleótidos del ADN. Los investigadores especularon que muchos invertebrados dependen de otras bacterias para crecer.
En un estudio reciente publicado en Cell, los investigadores han revelado por primera vez los mecanismos moleculares detrás del estilo de vida inusual de Corynebacterium. Este avance fue posible gracias al descubrimiento de formas de manipular genéticamente estas bacterias, un avance que abre un mundo de posibles nuevas direcciones de investigación.
Nitin S. Baliga del Instituto de Biología de Sistemas de Seattle dijo: "Si bien la metagenómica puede decirnos qué microbios viven en nuestros cuerpos y dentro de ellos, las secuencias de ADN por sí solas no nos dan una idea de cuán beneficiosas o dañinas son sus actividades, especialmente para organismos que nunca antes se han caracterizado. "
Añadió: "La capacidad de alterar genéticamente Corynebacterium abre la posibilidad de aplicar una poderosa lente de análisis de sistemas para caracterizar rápidamente la biología única del perifiton obligado". TAG PH20
El equipo detrás del estudio fue dirigido por el laboratorio de Joseph Mougous en el Departamento de Microbiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington y el Instituto Médico Howard Hughes.
Son una de las muchas bacterias desconocidas cuyas secuencias de ADN aparecieron en análisis genéticos a gran escala de genomas descubiertos en comunidades microbianas ricas en especies de fuentes ambientales. A este material genético se le ha llamado "materia oscura microbiana" porque se sabe muy poco sobre las funciones que codifica.
El artículo de Cell señala que la materia oscura microbiana puede contener información sobre rutas bioquímicas con posibles aplicaciones biotecnológicas. También proporciona pistas sobre las actividades moleculares que sustentan los ecosistemas microbianos y la biología celular de las diversas especies microbianas que se ensamblan en este sistema.
La Corynebacterium analizada en este último estudio pertenece al grupo Saccharibacteria. Viven en una variedad de ambientes terrestres y acuáticos, pero son más conocidos por habitar la boca humana. Han sido parte del microbioma bucal humano desde al menos la Era Mesolítica y han estado implicados en la salud bucal humana.
En la cavidad bucal humana, Saccharibacterium necesita la compañía de Actinomycetes, que son sus huéspedes. Para comprender mejor cómo interactúa la levadura con su huésped, los investigadores utilizaron manipulación genética para identificar todos los genes necesarios para que la levadura crezca.
Mougous, profesor de microbiología, dijo: "Estamos muy emocionados de tener una comprensión preliminar de la función de los genes inusuales que porta estas bacterias. Al centrarnos en estos genes en el futuro, esperamos desentrañar el misterio de cómo las glicobacterias utilizan las bacterias huésped para crecer".
Los posibles factores de interacción con el huésped identificados en el estudio incluyen estructuras de la superficie celular que pueden ayudar a Saccharibacterium a unirse a las células huésped y sistemas de secreción especializados que pueden usarse para transportar nutrientes.
Otra aplicación del trabajo de los autores es la generación de células de levadura que expresan proteínas fluorescentes. Utilizando estas células, los investigadores realizaron imágenes de microfluorescencia en intervalos de tiempo de Saccharibacterium creciendo junto a las bacterias huésped.
S. Brook Peterson, científico principal del laboratorio Moogers, señaló: "Las imágenes en intervalos de tiempo de cultivos de células huésped de Saccharobacterium revelan la sorprendente complejidad del ciclo de vida de estas bacterias inusuales".
Los investigadores informan que algunas levaduras sirven como células madre, se adhieren a las células huésped y brotan repetidamente para producir una pequeña progenie. Estos pequeños continúan buscando nuevas células huésped. Algunas crías, a su vez, se convierten en células madre, mientras que otras parecen interactuar de manera inútil con sus huéspedes.
Los investigadores creen que estudios adicionales de manipulación genética abrirán la puerta a una comprensión más amplia del papel de lo que describen como "la rica reserva de materia oscura microbiana que albergan estos organismos" y potencialmente descubrirán mecanismos biológicos que aún no se han imaginado.