Las bacterias utilizan moléculas de señalización para adaptar su estilo de vida a las condiciones de vida imperantes

Las bacterias se consideran verdaderas expertas en supervivencia. Su rápida respuesta de adaptación a las condiciones ambientales cambiantes se basa, entre otras cosas, en dos moléculas de señalización en competencia. Como el "Yin y el Yang" del control metabólico, ellos deciden el estilo de vida de las bacterias, según lo informado por investigadores de la Universidad de Basilea. Los nuevos hallazgos también juegan un papel en el contexto de las infecciones bacterianas. Ya sean patógenos, microbios de aguas profundas o organismos que habitan en el suelo, para sobrevivir, los microorganismos deben poder adaptarse rápidamente a diversos cambios en su entorno, incluido el agotamiento de nutrientes. Las bacterias deben su extraordinaria capacidad para adaptarse rápidamente a las condiciones de vida adversas a pequeñas moléculas de señalización.
Los científicos encabezados por el profesor Urs Jenal y el profesor Tilman Schirmer del Biozentrum, Universidad de Basilea, han descubierto ahora que las bacterias utilizan dos moléculas de señalización relacionadas químicamente para adaptar su estilo de vida a las condiciones de vida predominantes. Los investigadores presentan sus resultados en el último número de "Nature Microbiology". Al igual que el Yin y el Yang, las dos moléculas incorporan dos fuerzas que controlan el crecimiento bacteriano y el metabolismo recíprocamente.
Los investigadores investigaron la naturaleza antagónica de las dos moléculas de señalización ppGpp y c-di-GMP en la célula utilizando Caulobacter crescentus como organismo modelo. Esta bacteria se puede deslizar en dos roles diferentes: se puede encontrar en una forma de natación libre que no puede dividirse y en un estado reproductivo adherido a la superficie. Tanto el estilo de vida como las condiciones ambientales se reflejan en la concentración de las dos moléculas de señalización.
Esta información es detectada por una proteína que une ambas moléculas de señalización y actúa como un interruptor molecular, controlando el crecimiento, el metabolismo y el estilo de vida de la bacteria. Las moléculas de señalización determinan el modo de vida de las bacterias Las moléculas de señalización ppGpp y c-di-GMP compiten por unirse al interruptor maestro. "En un enjambre de bacterias con altos niveles de ppGpp, la proteína se enciende; está activa", explica Urs Jenal.
"En este estado, el consumo de glucosa está en pleno apogeo. Simultáneamente, los radicales de oxígeno dañinos resultantes se neutralizan de manera eficiente . " Esto asegura que las reacciones metabólicas se adapten a la alta demanda de energía de las células nadadoras móviles y se evite el daño celular.
En condiciones de vida favorables, que proporcionan suficientes nutrientes, el nivel de c-di-GMP aumenta constantemente, lo que obliga al nadador a convertirse en una forma sésil. "En este caso, c-di-GMP desplaza ppGpp del bolsillo de unión de la proteína, cambia su estructura y se apaga", dice Jenal. "Esto redirige las reacciones metabólicas que permiten que las bacterias se asienten, crezcan y se reproduzcan.
Se impulsa la producción de componentes básicos para la célula junto con sustancias adhesivas para la unión a la superficie". Con el interruptor maestro molecular, los científicos han descubierto el vínculo entre dos grandes redes reguladoras, que hasta ahora se pensaba que funcionaban de forma independiente. Aunque Caulobacter es una bacteria ambiental inofensiva, el mecanismo "Yin y Yang" recién descubierto también podría desempeñar un papel importante en los patógenos.
Esto puede resultar de importancia clave: tanto el ppGpp como el c-di-GMP influyen en la virulencia y la persistencia bacteriana, así como en la resistencia a los antibióticos de diferentes formas, lo que influye en el curso de muchas infecciones.