Experimento para observar el estrés de las bacterias. Cada una está pegada a una superficie de cristal, de modo que cuando se dividen una de las 'hijas' se queda, y la otra se va. De ese modo se pueden estudiar los ciclos de división celular y las probabilidades de supervivencia. Imagen: Stephanie Stutz. Fuente: Eawag.
Las células bacterianas individuales tienen poca memoria. Pero los grupos de bacterias pueden desarrollar una memoria colectiva que puede aumentar su tolerancia al estrés. Esto ha sido demostrado experimentalmente por primera vez en un estudio publicado en PNAS, realizado por científicos del Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática, Eawag, y de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH).
Ahora, dos microbiólogos de Eawag/ETH Zúrich, Roland Mathis y Martin Ackermann, han informado de un nuevo descubrimiento realizado bajo el microscopio con Caulobacter crescentus, una bacteria ubicua en agua dulce y agua de mar.
Las bacterias expuestas a una concentración moderada de sal sobreviven mejor a la exposición posterior a una concentración más alta que si no hay un evento de advertencia. Sin embargo, en las células individuales este efecto es de más corta duración.
Cuando se observa una población entera, en lugar de células individuales, las bacterias parecen desarrollar un tipo de memoria colectiva. En las poblaciones expuestas a un evento de advertencia, las tasas de supervivencia a una segunda exposición dos horas después de la advertencia son más altas que en las poblaciones no expuestas anteriormente. En las bacterias individuales, en cambio, ese efecto dura solo media hora.
Usando modelos computacionales, los científicos explican este fenómeno en términos de una combinación de dos factores. En primer lugar, el estrés salino provoca un retraso en la división celular, que conduce a la sincronización de los ciclos celulares; en segundo lugar, la probabilidad de supervivencia depende de la posición de la célula bacteriana individual en el ciclo celular en el momento de la segunda exposición.
Ahora, dos microbiólogos de Eawag/ETH Zúrich, Roland Mathis y Martin Ackermann, han informado de un nuevo descubrimiento realizado bajo el microscopio con Caulobacter crescentus, una bacteria ubicua en agua dulce y agua de mar.
Las bacterias expuestas a una concentración moderada de sal sobreviven mejor a la exposición posterior a una concentración más alta que si no hay un evento de advertencia. Sin embargo, en las células individuales este efecto es de más corta duración.
Cuando se observa una población entera, en lugar de células individuales, las bacterias parecen desarrollar un tipo de memoria colectiva. En las poblaciones expuestas a un evento de advertencia, las tasas de supervivencia a una segunda exposición dos horas después de la advertencia son más altas que en las poblaciones no expuestas anteriormente. En las bacterias individuales, en cambio, ese efecto dura solo media hora.
Usando modelos computacionales, los científicos explican este fenómeno en términos de una combinación de dos factores. En primer lugar, el estrés salino provoca un retraso en la división celular, que conduce a la sincronización de los ciclos celulares; en segundo lugar, la probabilidad de supervivencia depende de la posición de la célula bacteriana individual en el ciclo celular en el momento de la segunda exposición.
Sincronización
Como resultado de la sincronización del ciclo celular, la sensibilidad de la población cambia con el tiempo. Las poblaciones expuestas anteriormente pueden ser más tolerantes a eventos futuros de estrés, pero a veces pueden incluso ser más sensibles que las poblaciones sin exposición previa.
Martin Ackermann comenta, en la nota de prensa de Eawag: "Si entendemos este efecto colectivo, puede mejorar nuestra capacidad de controlar las poblaciones de bacterias".
Los resultados son relevantes, por ejemplo, para nuestra comprensión de cómo pueden los patógenos resistir a los antibióticos, o de cómo se puede mantener en condiciones dinámicas el rendimiento de los cultivos bacterianos en los procesos industriales o las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Después de todo, las bacterias desempeñan un papel crucial en casi todos los procesos bio y geoquímicos, explica la nota. Desde una perspectiva humana, dependiendo del proceso particular, o bien son beneficiosos -por ejemplo, si descomponen los contaminantes o convierten los nutrientes en energía- o perjudiciales, especialmente si causan enfermedades.
Como resultado de la sincronización del ciclo celular, la sensibilidad de la población cambia con el tiempo. Las poblaciones expuestas anteriormente pueden ser más tolerantes a eventos futuros de estrés, pero a veces pueden incluso ser más sensibles que las poblaciones sin exposición previa.
Martin Ackermann comenta, en la nota de prensa de Eawag: "Si entendemos este efecto colectivo, puede mejorar nuestra capacidad de controlar las poblaciones de bacterias".
Los resultados son relevantes, por ejemplo, para nuestra comprensión de cómo pueden los patógenos resistir a los antibióticos, o de cómo se puede mantener en condiciones dinámicas el rendimiento de los cultivos bacterianos en los procesos industriales o las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Después de todo, las bacterias desempeñan un papel crucial en casi todos los procesos bio y geoquímicos, explica la nota. Desde una perspectiva humana, dependiendo del proceso particular, o bien son beneficiosos -por ejemplo, si descomponen los contaminantes o convierten los nutrientes en energía- o perjudiciales, especialmente si causan enfermedades.
Referencia bibliográfica:
Roland Mathis, Martin Ackermann: Response of single bacterial cells to stress gives rise to complex history dependence at the population level. PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1511509113.
Roland Mathis, Martin Ackermann: Response of single bacterial cells to stress gives rise to complex history dependence at the population level. PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1511509113.