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¿Cómo «sienten» las bacterias?

Brenda Terrazas / Diana Rojas
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Estos microorganismos fueron de los primeros seres vivos en habitar el planeta, por lo que están perfectamente adaptados a su entorno

¿Sabías que el cuerpo humano contiene, en números, más células bacterianas que células propias?, dato que nos dejó boquiabiertos al comenzar la entrevista con el doctor Adrián Fernando Álvarez, del Instituto de Fisiología Celular (IFC) de la UNAM.

“Sucede que estos microorganismos fueron de los primeros seres vivos en habitar el planeta, por lo que están perfectamente adaptados a su entorno”, por ello es posible encontrarlos en todo tipo de hábitats: en nuestros cuerpos, en sitios con temperaturas altas, en tierra, en agua, con muy bajas temperaturas, incluso en regiones donde se creía que no podía existir vida —como en las chimeneas hidrotermales por ser lugares con condiciones ambientales extremas.

Esto es porque las bacterias reaccionan de manera rápida y precisa a los cambios que se producen en el medio ambiente, explica Adrián Álvarez, enfrentándose constantemente a una feroz competencia por recursos limitados.

“La rápida y precisa respuesta de estos organismos se debe a que cuentan con los sistemas de dos componentes (SDC, o TCS Two-component system, por sus siglas en inglés), estos sistemas son como los ‘sentidos’ de las bacterias”.

Apuntó que estos circuitos moleculares están organizados en pares de proteínas: una cinasa sensora (CS) y una reguladora de la respuesta (RR), que conforman la gran familia de sistemas de dos componentes (SDC) [1].

En un SDC típico, la señalización comienza cuando la CS detecta y se une a una señal específica, que puede provenir del ambiente, de otras células o incluso de la misma bacteria. Esto activa a la proteína como cinasa y propicia su autofosforilación en un residuo de histidina.

Posteriormente, el grupo fosfato es transferido a un residuo de aspartato de la proteína RR. De esta forma, la propagación de la señal de la cinasa al RR mediante su fosforilación genera su activación como regulador transcripcional, y de esta manera, se ‘producen’ las proteínas necesarias para la respuesta a los cambios del entorno [1].

Con estos sistemas, detalla Adrián Álvarez, las bacterias “sienten” los cambios físicos y químicos del entorno y “adaptan” su expresión genética, para producir una determinada respuesta a esa condición específica. Por ejemplo, el frío/calor, la escasez/disposición de alimento, si hay otros organismos cerca, regulación del ciclo celular, resistencia a los antibióticos, virulencia, colonización a hospederos, entre otras cosas.

Durante sus estudios, el equipo del Laboratorio de Genética Molecular del IFC utiliza como modelo a la bacteria Escherichia coli que posee 30 SDC; cada uno de estos sistemas es capaz de detectar una característica distinta del medio ambiente. De éstos, el laboratorio del doctor Dimitris Georgellis se enfoca en el estudio de dos sistemas:

  • El Sistema de Dos Componentes ArcB/ArcA [2]
    • Sistema de control de respiración aeróbica, que media la adaptación celular a los cambios en las condiciones de óxido-reducción del medio y controla los genes involucrados en el metabolismo energético. Es decir, regula la expresión de numerosas enzimas involucradas en el crecimiento aeróbico/anaeróbico, dependiendo si en el ambiente existe o no oxígeno.
  • El Sistema de Dos Componentes BarA/UvrY [3]
    • Regula el metabolismo central de carbono, la formación de biopelículas, resistencia al estrés, así como otros fenotipos asociados a la patogenicidad y virulencia, en respuesta a la disponibilidad de nutrientes.

Adrián Álvarez expresa que en el laboratorio estudian a nivel molecular cómo funcionan dichos SDC. En particular, se enfocan en resolver, paso a paso, cómo y qué molécula del medio ambiente es “detectada” por la bacteria, cómo es que se produce la señal que llega hasta “dentro” de la célula (transducción de la señal) y cuál es la respuesta de la célula (los genes que son activados). Por ejemplo, lograron detectar recientemente qué moléculas específicas detectan y activan los sistemas BarA/UvrY y ArcB/ArcA.

El adquirir cada vez más conocimiento acerca de las diferentes estructuras, composición y mecanismos de regulación en las bacterias, nos ha permitido comprender cómo muchas bacterias se relacionan con el hombre, ya sea como integrantes de la microflora (no dañinas) o como agresoras (o patógenas).

En este punto, el saber con detalle cómo se genera la “agresión”, las condiciones necesarias en las que ocurre la enfermedad, y cómo es que estos organismos utilizan los SDC para reconocer cuándo desplegar todo su “armamento”, nos permitirá en un futuro utilizar estos sistemas como blancos posibles para agentes antibacterianos que no provoquen a largo plazo resistencia, como lo hacen los antibióticos comunes.

En este nuevo enfoque, el uso de agente antibacterianos que inactiven los SDC equivaldría a “taparles los ojos y oídos” a las bacterias, de manera que no se percaten que están en un organismo en donde pueden causar afecciones, expresa Adrián Álvarez.

Finalmente, hace una invitación a los estudiantes de varios niveles para que se incorporen al Laboratorio de Genética Molecular, y desarrollen investigación básica, la base de todo conocimiento científico.

Si quieres conocer más de estas investigaciones, consulta las publicaciones del Dr. Dimitris Georgellis y del Dr. Adrián F. Álvarez en la página del IFC.

 

  1. Álvarez A.F., Georgellis D. (2016). Características y funcionamiento de los Sistemas de Dos Componentes de organismos procariotas y eucariotas. Química Viva 15:11–27.

http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=86348856003

  1. Núñez-Oreza, L. A., Georgellis, D., & Álvarez, A. F. (2014). ArcB: El sensor del estado redox en bacterias. TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, 17(2), 135-146.
  2. Camacho, M. I., Georgellis, D., & Álvarez, A. F. (2016). El circuito regulatorio BarA/UvrY-CsrA en Escherichia coli y sus homólogos en las γ-proteobacterias. Revista especializada en ciencias químico-biológicas, 19(1), 15-23.

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