Los científicos han descubierto una actividad inesperada en las esporas bacterianas latentes, mostrando por primera vez que, aunque están fisiológicamente «muertas», los organismos aún son conscientes de su entorno.
Mediante el uso de partículas cargadas almacenadas como energía, en lugar de su combustible habitual, las bacterias pueden responder activamente a pequeños cambios en los niveles de nutrientes para determinar el mejor momento para despertarse.
El descubrimiento desafía nuestra comprensión no solo de cómo se propagan las enfermedades, sino también de cómo la vida puede sobrevivir en condiciones extremas en la Tierra y más allá.
«Este trabajo cambia la forma en que pensamos acerca de las esporas, que se consideran objetos inertes». dice el biólogo molecular e investigador principal Gürol Süel de la Universidad de California, San Diego.
«Demostramos que las células en latencia profunda tienen la capacidad de procesar información. Descubrimos que las esporas pueden liberar su energía potencial electroquímica almacenada para hacer cálculos sobre su entorno sin necesidad de actividad metabólica».
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Las implicaciones se extienden mucho más allá del manejo de enfermedades en la Tierra: a menudo se piensa que una forma en que podríamos encontrar vida extraterrestre está en estados inactivos similares.
“Si los científicos encuentran vida martes O VenusPuede existir en un estado inactivo, y ahora sabemos que una forma de vida que parece estar completamente inactiva aún puede ser capaz de pensar en sus próximos pasos. Él dice Süel.
Las bacterias son generalmente muy resistentes, pero una de sus principales tácticas de supervivencia es poder encerrarse en esporas, donde pueden permanecer deshidratadas, inactivas, rodeadas de una capa protectora durante cientos de años, sobreviviendo al calor extremo, a la presión e incluso. en el espacio.
No es sólo un sueño profundo. Básicamente, la bacteria está fisiológicamente muerta y no tiene metabolismo.
Pero de alguna manera saben que las condiciones son adecuadas para que se levanten de nuevo.
Las esporas son causadas por enfermedades como el ántrax Bacillus Anthracis Las bacterias pueden sobrevivir largos períodos de tiempo sin agua ni nutrientes por correo; a los pocos minutos de exposición a las condiciones adecuadas, pueden rehidratarse y reanudar su metabolismo, lo que les permite volver a ser infecciosas.
Pero, ¿cómo saben exactamente las esporas cuándo despertarse? Responder a cada gota de humedad o explosión de nutrición puede significar un desperdicio de energía si los buenos tiempos no duran mucho. Esperar una fiesta también puede significar oportunidades perdidas.
Para profundizar en esto, Süel y su equipo probaron miles de pasivos Bacillus subtilis Esporas. Las bacterias se consideran inofensivas para los humanos y ocurren mantener el registro Un tiempo de supervivencia muy largo en el espacio.
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Midieron si el esperma podía recoger varios pulsos de nutrientes de corta duración enviados a su entorno, generalmente señales de que un esperma podría no ser lo suficientemente fuerte como para volver a la vida.
Como se predijo, solo uno o dos de estos pulsos de nutrientes no son suficientes para despertar a las bacterias. Pero con el tiempo, pareció haber un efecto acumulativo; De alguna manera, la bacteria se las arregló para llevar la cuenta y reiniciar después de un cierto número de señales.
El equipo pudo monitorear los cambios en la actividad de las esporas en respuesta a estas señales a corto plazo y demostró que las bacterias utilizan la energía almacenada en forma de iones de potasio (K).+) en cada entrada.
Es como un condensador en un circuito eléctrico que almacena energía para su uso posterior.
Usando un modelo matemático para explicar lo que estaba sucediendo, el equipo demostró que cada señal desencadenaba la liberación de iones de potasio y, con el tiempo, los iones de potasio se volvieron lo suficientemente fuertes como para desencadenar la regeneración de la bacteria. esto ellos’Fuego combinado‘Un modelo de trabajo.
Esto se denomina estrategia de procesamiento de señales acumulativas y evita que las bacterias crezcan demasiado pronto si las condiciones no son las adecuadas.
«Estos hallazgos revelan un mecanismo activo de toma de decisiones en células fisiológicamente inactivas». Los investigadores escriben en su artículo.
De alguna manera, esta es una estrategia evolutiva muy familiar.
«Las esporas procesan la información de manera similar a cómo funcionan las neuronas en nuestro cerebro». Él dice Süel.
«Tanto en las bacterias como en las neuronas, las entradas pequeñas y cortas se suman con el tiempo para determinar si se ha alcanzado un umbral. Una vez que se alcanza el umbral, las esporas comienzan a volver a la vida, mientras que las neuronas expresan el potencial de acción para comunicarse con otras neuronas. .»
Sin embargo, a diferencia de las neuronas, que son células increíblemente hambrientas de energía, las esporas pueden hacer esto sin energía metabólica, solo potasio almacenado.
A Una pieza de Perspectivas que lo acompañaLos microbiólogos Jonathan Lombardino y Brianna Burton de la Universidad de Wisconsin-Madison dicen que un mayor estudio en otros organismos con un estado similar a las esporas, como los hongos, podría ayudar a descubrir qué significa la vida.
«Por ejemplo, ¿se puede rastrear la extrema longevidad de las esporas superinactivas hasta sus concentraciones iniciales de K+?» Ellos escribieron.
Todavía queda mucho trabajo por hacer, pero el descubrimiento desafía nuestra comprensión de las bacterias latentes y replantea cómo podríamos evaluar los signos de vida extraterrestre en el futuro.
Publicado en la tesis Ciencias.
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