La coautora de esta investigación, Elena Biselli, en el microscopio. Foto: A. Heddergott / TUM
Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha descubierto que dos factores, sobre todo, deciden sobre la vida y la muerte de las bacterias: la energía necesaria para seguir viviendo y la eficiencia con la que las células supervivientes pueden reciclar la biomasa de las células muertas.
Ulrich Gerland, profesor de Física de Biosistemas Complejos en el TUM, y su equipo, emularon una situación de emergencia en las células de la bacteria Escherichia Coli, en la cual las bacterias carecían de azúcar y otros carbohidratos. Las bacterias por lo tanto no tenían energía ni materiales de construcción disponibles.
Cuando las primeras células murieron, las células supervivientes intentaron obtener nutrientes de los cadáveres de las células circundantes.
Cuanto mayor es el recambio de energía de una determinada enzima, mayor es la tasa de mortalidad. Cuanto más podían reciclar de las células muertas, mayor era la tasa de supervivencia.
"Nuestros hallazgos hacen posible determinar cuantitativamente, por primera vez, las contribuciones de los componentes moleculares individuales a la supervivencia de las células bacterianas", explica Gerland en un comunicado.
Fenómeno colectivo
La supervivencia y el crecimiento de las células son factores centrales en los sistemas biológicos. Normalmente, se produce con el tiempo una disminución exponencial de las células supervivientes.
En principio, esta disminución puede explicarse por la desaparición aleatoria de células individuales. Pero las interrelaciones bacterianas son más complejas, como descubrieron los investigadores cuando cambiaron las condiciones experimentales.
La decadencia en colonias bacterianas es en realidad un fenómeno colectivo: las células bacterianas circundantes co-determinan si una célula en su medio perece o sobrevive.
Los cambios en la tasa de mortalidad pueden surgir de una gran cantidad de perturbaciones genéticas o ecológicas que influyen en la supervivencia de las bacterias. El equilibrio que emerge es, por lo tanto, diferente para cada bacteria y para cada condición ambiental.
Ulrich Gerland, profesor de Física de Biosistemas Complejos en el TUM, y su equipo, emularon una situación de emergencia en las células de la bacteria Escherichia Coli, en la cual las bacterias carecían de azúcar y otros carbohidratos. Las bacterias por lo tanto no tenían energía ni materiales de construcción disponibles.
Cuando las primeras células murieron, las células supervivientes intentaron obtener nutrientes de los cadáveres de las células circundantes.
Cuanto mayor es el recambio de energía de una determinada enzima, mayor es la tasa de mortalidad. Cuanto más podían reciclar de las células muertas, mayor era la tasa de supervivencia.
"Nuestros hallazgos hacen posible determinar cuantitativamente, por primera vez, las contribuciones de los componentes moleculares individuales a la supervivencia de las células bacterianas", explica Gerland en un comunicado.
Fenómeno colectivo
La supervivencia y el crecimiento de las células son factores centrales en los sistemas biológicos. Normalmente, se produce con el tiempo una disminución exponencial de las células supervivientes.
En principio, esta disminución puede explicarse por la desaparición aleatoria de células individuales. Pero las interrelaciones bacterianas son más complejas, como descubrieron los investigadores cuando cambiaron las condiciones experimentales.
La decadencia en colonias bacterianas es en realidad un fenómeno colectivo: las células bacterianas circundantes co-determinan si una célula en su medio perece o sobrevive.
Los cambios en la tasa de mortalidad pueden surgir de una gran cantidad de perturbaciones genéticas o ecológicas que influyen en la supervivencia de las bacterias. El equilibrio que emerge es, por lo tanto, diferente para cada bacteria y para cada condición ambiental.
Fisiología de la supervivencia
Para comprender la dinámica, los investigadores modelaron matemáticamente el sistema general de bacterias sobrevivientes. Luego, utilizaron esta relación para determinar las contribuciones moleculares a la supervivencia de las células.
Dependiendo del tipo de célula, se pueden identificar factores moleculares importantes para la supervivencia de las células, y esto facilita el descubrimiento de enzimas u otras proteínas que determinan la tasa de supervivencia de la colonia.
"Nuestro objetivo es entender, sistemática y cuantitativamente, cómo las bacterias logran sobrevivir en tantas condiciones ambientales", dice Gerland. "Es la búsqueda de la fisiología de la supervivencia", concluye.
Para comprender la dinámica, los investigadores modelaron matemáticamente el sistema general de bacterias sobrevivientes. Luego, utilizaron esta relación para determinar las contribuciones moleculares a la supervivencia de las células.
Dependiendo del tipo de célula, se pueden identificar factores moleculares importantes para la supervivencia de las células, y esto facilita el descubrimiento de enzimas u otras proteínas que determinan la tasa de supervivencia de la colonia.
"Nuestro objetivo es entender, sistemática y cuantitativamente, cómo las bacterias logran sobrevivir en tantas condiciones ambientales", dice Gerland. "Es la búsqueda de la fisiología de la supervivencia", concluye.
Referencia
Death Rate of E. coli during Starvation Is Set by Maintenance Cost and Biomass Recycling. Severin J. Schink et al. Cell System, July 17, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cels.2019.06.003
Death Rate of E. coli during Starvation Is Set by Maintenance Cost and Biomass Recycling. Severin J. Schink et al. Cell System, July 17, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cels.2019.06.003