Tendencias 21. Ciencia, tecnología, sociedad y cultura




Las bacterias anticipan cambios en su entorno y reaccionan ante ellos

Sobreviven gracias a que “adivinan” lo que va a pasar y actúan en consecuencia


Las bacterias aprenden a interpretar las señales de su entorno para prevenir acontecimientos venideros, según ha revelado una investigación llevada a cabo en la Universidad de Princeton, en Estados Unidos. El descubrimiento desafía la idea actual de que sólo los organismos con un sistema nervioso complejo pueden adaptarse a modificaciones ambientales antes de que se produzcan, es decir, pueden ser previsores. Y es que, a pesar de carecer de cerebro, la bacteria más común, la E. coli, presente en los intestinos de todos los vertebrados de sangre caliente, incluidos los humanos, ha demostrado que su vida no depende sólo de la homeostasis: estas bacterias sobreviven gracias a que “adivinan” lo que va a pasar y actúan en consecuencia. El descubrimiento ayudará a abrir nuevas vías de investigación para, entre otras cuestiones, evitar el desarrollo bacteriano de resistencia a los antibióticos. Por Yaiza Martínez.


Yaiza Martínez
Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21. Saber más del autor



Escherichia coli. Fuente: Kimicontrol.
Escherichia coli. Fuente: Kimicontrol.
Investigadores de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, han demostrado por primera vez que las bacterias no sólo reaccionan a los cambios que se dan en su entorno sino que, además, los anticipan y se preparan para ellos.

Este descubrimiento desafiaría la idea actual de que sólo los organismos con un sistema nervioso complejo pueden adaptarse a modificaciones ambientales antes de que éstas se produzcan, es decir, prever lo que sucederá.

Según declaró el director de la investigación Sabed Tavaoie, en un comunicado emitido por dicha universidad, “lo que se ha descubierto supone la primera evidencia de que las bacterias pueden utilizar las señales que perciben de su entorno para inferir a partir de ellas acontecimientos futuros”. Tavaoie es profesor de biología molecular y ha trabajado en esta investigación con otros dos científicos: Ilias Tagkopoulos y Yir-Chung Liu.

Bacterias previsoras

Para el estudio, se realizaron por un lado pruebas de laboratorio que demostraron el fenómeno, y también una serie de simulaciones informáticas que explicarían de qué forma la red genética y las proteínas de especies microbianas pueden evolucionar con el paso del tiempo para generar un comportamiento tan complejo. Ambas líneas de investigación sirvieron para demostrar que redes bioquímicas simples pueden llevar a cabo sofisticadas tareas, según Tavazoie.

Los científicos explican en un artículo aparecido en Science, que el marco homeostático (de homeostasis, que es la tendencia del sistema a conservar la estabilidad interna) ha dominado en la comprensión de la fisiología celular. Sin embargo, los científicos se cuestionaron si la homeostasis podía explicar, por sí sola, las respuestas microbianas a los estímulos ambientales, por lo que decidieron investigar la capacidad de las redes intracelulares de comportarse con predicción.

De esta forma, descubrieron que la homeostasis no es todo lo que ocurre en estos organismos. Este descubrimiento, además de verter luz en algunas de las cuestiones más profundas de la biología, podría ayudar a los científicos a comprender cómo mutan las bacterias para desarrollar la resistencia a los antibióticos o para desarrollar bacterias especializadas con fines útiles, como limpiar la contaminación medioambiental.

En el caso de los antibióticos, las bacterias se vuelven resistentes a éstos gracias a su gran capacidad de adaptación, que les permite desarrollar mecanismos de resistencia que inhiben la acción de los medicamentos. Esta resistencia bacteriana constituye un grave problema para la salud pública, y obliga al desarrollo y utilización de nuevos agentes antibacterianos, más costosos y a veces más tóxicos que los empleados habitualmente.

Escherichia coli inteligente

La bacteria en cuestión investigada por los científicos de Princeton fue la Escherichia coli (E.coli, que es quizá el organismo procarionte más estudiado por el ser humano. La E. coli se encuentra generalmente en los intestinos, tanto de animales como de personas. En general, de los vertebrados de sangre caliente.

Sobre la E.coli existe una cuestión pendiente desde hace mucho tiempo: ¿cómo responden sus genes a los cambios de temperatura y de cantidad de oxígeno que se producen cuando la bacteria penetra en el intestino?

La respuesta convencional es que la bacteria reacciona a estos cambios tras sentirlos, pasando de una respiración aeróbica (el oxígeno se utiliza como oxidante para la extracción de energía de las moléculas) a una respiración anaerobia (el oxidante es una molécula inorgánica distinta del oxígeno). Este último tipo de respiración la realizan sólo algunos grupos de bacterias.

Sin embargo, si esta fuera la respuesta definitiva, el organismo estaría en desventaja durante el tiempo en que se requiere que el cambio de respiración se produzca. Por tanto, los científicos propusieron una estrategia alternativa: durante el ciclo de vida de la E. coli, el nivel de oxígeno no es lo único que cambia. Estas bacterias también experimentan un aumento continuo de la temperatura cuando penetran en la boca de un animal. ¿Podría ser que este calentamiento súbito indique a la bacteria que debía preparase para la consiguiente falta de oxígeno que le espera en el intestino?

Las bacterias aprenden

Para probar esta idea, los investigadores expusieron a una población de E. coli a diferentes cambios de temperatura y de oxígeno, y después midieron la respuesta genética en cada caso. Los resultados demostraron que un incremento en la temperatura tenía aproximadamente el mismo efecto en los genes de las bacterias que una disminución del nivel de oxígeno. De hecho, en una transición hacia una temperatura más alta, muchos de los genes esenciales para la respiración aerobia fueron prácticamente “desconectados”.

Posteriormente, los científicos cultivaron la bacteria en un entorno biológico en el que los niveles de oxígeno aumentaban, y seguidamente se producía un aumento también de la temperatura. En unas cuantas generaciones, las bacterias se adaptaron parcialmente a este nuevo ritmo, y dejaron de “apagar” los genes de la respiración aeróbica cuando la temperatura subía.

Según Tavazoie, esta reprogramación indica claramente que las bacterias “aprenden” sus respuestas a base de asociar temperaturas específicas con niveles específicos de hidrógeno. ¿Cómo es posible que esto se produzca si no tienen cerebro? ¿Cómo pueden estos organismos tan simples realizar esta proeza si carecen de sistema nervioso?

Según Tavazoie, mientras que un animal más evolucionado puede aprender un nuevo comportamiento en el tiempo de una sola vida, el aprendizaje bacteriano se produce a lo largo de muchas generaciones.

Sistema informatizado

Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores desarrollaron, por otro lado, un ecosistema microbiano virtual bautizado como “Evolución en un Entorno Variable”, en el que cada microbio aparecía representado como una red de genes y proteínas interactivos. En este entorno cambiante, las bacterias virtuales conformaban una población en desarrollo y competición por recursos limitados. Es decir, como en el mundo real.

El rastreo de cientos de genes, proteínas y otros factores biológicos de esta población fue posible gracias a un trabajo de casi 18 meses, en el que colaboraron ingenieros informáticos y se utilizaron potentes ordenadores. En este mundo virtual, los microbios parecen tener más probabilidades de supervivencia si conservan la energía que gastan en comer. Para conseguirlo, deben anticipar la llegada de comida y “encender” su metabolismo justo a tiempo. Para ello, los científicos les facilitaron una serie de señales.

“Para predecir los tiempos de comida de manera exacta, los microbios deben resolver algunos problemas lógicos”, señaló Tagkopoulous. Pero, al cabo de varios miles de generaciones, aparece un microbio que hace exactamente lo necesario. Esto ocurrió para cada patrón de claves relacionadas con el alimento que los investigadores probaron. Según ellos, la prueba ha significado poder comprender la manera en que los organismos tan simples como las bacterias procesan información del medio para anticipar eventos futuros.

Este descubrimiento abre nuevas vías de investigación, aseguran los científicos, que ahora planean utilizar métodos similares para estudiar cómo las bacterias intercambian genes entre sí (transferencia genética horizontal), cómo los tejidos y los órganos se desarrollan o cómo se extienden las infecciones. Para Tavaoie, lo más importante del descubrimiento es que reúne y establece conexiones profundas entre los campos de la ecología microbiana, de la evolución y del comportamiento, tradicionalmente separados.

Las bacterias en sí son organismos misteriosos. Anteriormente habíamos hablado de la extraña comunicación que se establece entre ellas, aunque estén físicamente separadas (comunicación que les permite saber cómo resistir a los antibióticos), y también de la posibilidad de descifrar su lenguaje para evitar su propagación, al menos en el caso de la bacteria del cólera.


Viernes, 13 de Junio 2008
Artículo leído 34871 veces



Nota



Comente este artículo

1.Publicado por tamara el 15/06/2008 23:20
Mi madre enfermó de cáncer de vesícula. Cuando lo supe indagué desesperadamente a sabiendas que las mejores mentes del mundo habían indagado sobre los virus causantes. Yo quería encontrar un resquicio, un espacio minúsculo que me diera esperanza. Luego de leer innumerables diagnosticos y experiencias de enfermos concluí que la mejor manera de atacar los virus signigficaba pensar que eran inteligentes y, aun más, creativos. Parecen desaparecer u ocultarse al diagnóstico. Quizás saben que los vigilan y se mudan, en las metástasis sigilosay subrepticiamente. Ahora con esta investigación parece confirmarse que aquella intuición fue real. Mientras tanto mi madre murió. Todo será demasiado tarde. Gracias.

2.Publicado por tamara el 15/06/2008 23:38
El paso aerobio-anaerobio que parecía un discontinuo brusco, para las bacterias no sería tal. Habría que remontarse hacia atrás, hacia qué clase de atmósfera permitió el origen de las anaerobias que, se supone, dieron el paso hacia las aerobias; es decir, todas las bacterias luego de la fase anaerobia primigenia pura, mutaron hacia la condición facultativa que les permitía competir en un medio que cada día mutaba más hacia lo aerobio. Esa memoria todavía estaría allí. Hacia allí regresan. El mecanismo anaerobio debe ser altamente competitivo pues, si no, ¿porqué el organismo animal lo prefiere para hacer sus procesos metabólicos, en vez del aerobio?
Pero, ¿todo será cuestión de temperatura? La química interna debería cambiar, lo mismo que los contenidos de agua.

3.Publicado por Monsech el 15/06/2008 23:39
Esto es producto de una acción cooperativa inteligente, intrínseca de su condición consciente de pertenecer al todo uno: "no están previendo lo que sucederá, sino que están recordando lo ya sucedido y registrado en su memoria atemporal"...etc. etc...
Solo "recuerdos del futuro" que forman parte del proceso natural de retroalimentación (iteración) evolutiva inteligente, destinada a vivir la experiencia de proyectarse en el tiempo.
vector@axial.com.ar

4.Publicado por tamara el 15/06/2008 23:48
¿Traslada esta investigación una pregunta sobre la llamada racionalidad o, por lo menos, sobre el concepto de cerebro o mente? ¿Una mutación válida, que responde eficazmente a los estímulos y se adapta, no es un anticipo de algún grado de inteligencia? ¿Es la inteligencia un proceso que deviene de aquella adaptación primigenia de las mutaciones?

5.Publicado por ROMINA BELEN GUERREO GUAJARDO el 07/10/2008 19:18
ESTA MUY INTERESANTE ESTA PAGINA ya que nos habla de un tipo de aprendisaje especial de las bacterias pero sin embargo eso no esta compravado asi que para los estudiantes les sugererian que aparte d esta fuente buaquen tambien en otra.

6.Publicado por camila el 12/05/2010 20:56
hola me encantaria que cuando necesito info+ y la bueque en internet aparesca por que si yo busco sobre las bacterias como ahora lo hago aparesca lo que necesito yo y mas personas desde mi lugar muchas gracias a todos y un saludo a la escuela pompeya que hoy nos fuimos de convivencia y estubo re lindo


atte,gracias camila

Nuevo comentario:
Twitter

Los comentarios tienen la finalidad de difundir las opiniones que le merecen a nuestros lectores los contenidos que publicamos. Sin embargo, no está permitido verter comentarios contrarios a las leyes españolas o internacionales, así como tampoco insultos y descalificaciones de otras opiniones. Tendencias21 se reserva el derecho a eliminar los comentarios que considere no se ajustan al tema de cada artículo o que no respeten las normas de uso. Los comentarios a los artículos publicados son responsabilidad exclusiva de sus autores. Tendencias21 no asume ninguna responsabilidad sobre ellos. Los comentarios no se publican inmediatamente, sino que son editados por nuestra Redacción. Tendencias21 podrá hacer uso de los comentarios vertidos por sus lectores para ampliar debates en otros foros de discusión y otras publicaciones.

Otros artículos de esta misma sección
< >