Într-un experiment, cercetătorii au crescut microbi cu un nou simț

Au fost creați microbi cu un nou simț. Bacteriile pot dezvolta o sensibilitate nouă și accentuată la nivelurile de acid atunci când sunt expuse la extremele mediului în laborator, conform unui nou studiu.

Această sensibilitate declanșează o serie de expresii genetice care le permit microbilor să se adapteze la condițiile extreme în continuă schimbare. De la cele mai mici celule până la cele mai mari balene, toate formele de viață se confruntă cu provocarea condițiilor de mediu în continuă schimbare și ciclice.

• Telescopul Webb a găsit o populație neobișnuit de mare de asteroizi între Jupiter și Marte
• Un nou studiu dezvăluie cum au jucat cometele un rol „major” în apariția vieții pe Pământ

Pentru a înțelege mai bine cum ne putem adapta la astfel de extreme, microbiologul Sarah Worthan, de la Universitatea Vanderbilt din Nashville (SUA), și echipa sa au supus bacteriile Escherichia coli unor condiții extreme. Unele populații bacteriene au evoluat rapid, dezvoltând mutații genetice care le-au ajutat să prospere. Cancerul folosește și el mutații pentru a-și crea un mediu favorabil.

„Rezultatele noastre sugerează că aceste mutații pot coordona rapid răspunsuri fiziologice complexe prin sensibilitatea la pH și oferă o perspectivă asupra modului în care populațiile celulare folosesc semnale din mediu pentru a coordona răspunsuri rapide la medii complexe și fluctuante”, scriu cercetătorii în lucrare.

Microbi cu un nou simț, creați într-un experiment de laborator

Cum au fost creați microbi cu un nou simț? Worthan și colegii săi au creat versiunea lor intensă de schimbări de mediu experimentale prin expunerea a 16 populații de E. coli la perioade de înfometare extremă și prelungită, urmate de transferul acestora într-un mediu bogat în nutrienți, repetând acest ciclu.

Pe măsură ce bacteriile se înfometau, deșeurile metabolice se acumulau, provocând modificări drastice ale pH-ului mediului lor. Bacteriile au primit resurse noi la fiecare 100 de zile, replicând ciclul de „abundență și lipsă” pe care viața îl întâlnește adesea în lumea reală, notează Science Alert.

O schimbare a unui singur bloc de construcție proteică (aminoacid) a apărut și s-a răspândit în șapte dintre populațiile bacteriene, la majoritatea în primele 300 de zile ale experimentului. Această schimbare de aminoacid, de la arginină la histidină, s-a produs în proteina Rho, o moleculă implicată în controlul procesului de producere a proteinelor bacteriene.

„Această mutație în proteina Rho a apărut în mod repetat în culturile noastre de evoluție de laborator”, explică microbiologul Megan Behringer, de la Universitatea Vanderbilt.

„Ne-am întors la datele noastre genomice și am observat că fiecare mutație din proteina Rho a coincis cu o mutație în gena ‘ydcI’. Nu se știu prea multe despre această genă, dar studiile recente sugerează că ar putea avea un rol în menținerea echilibrului pH-ului”, spune cercetătoarea.

Comutatorul declanșat de condițiile de mediu

Proteina Rho normală ajută celulele bacteriene în condiții de abundență, dar este un obstacol în condiții de foamete. Echipa a descoperit că mutația în ydcI le-a permis celulelor să tolereze mai bine modificările proteinei Rho. Mutația ydcI pare să răspundă la schimbările de pH, acționând ca un „comutator” care se activează prin modificările din mediu pentru a declanșa schimbări în celule.

„Chiar dacă bacteriile interacționează între ele prin mediul lor extracelular, celulele individuale au un anumit control asupra mediului lor intracelular”, spune coautorul dr.  Benjamin Bratton. Aceste gene funcționează împreună pentru a le permite celulelor să se adapteze mai ușor la condițiile de mediu în continuă schimbare. Echipa a găsit mai multe exemple ale acestui mecanism în natură.

„Am descoperit acest mecanism și la agentul patogen neglijat Bartonella bacilliformis, care provoacă boala Carrion în văile Andine din America de Sud. Această specie de bacterii este deja cunoscută pentru sensibilitatea sa la pH, deoarece trebuie să se adapteze rapid de la pH-ul ridicat al intestinului insectei gazdă la pH-ul neutru al sângelui uman când este transmisă de musca de nisip”, spune Behringer.

Adaptarea rapidă le ajută pe celule să învingă alte bacterii, similar cu modul în care cancerul folosește mecanisme asemănătoare pentru a-și crește pH-ul intern și a crea o cascadă de expresii genetice pentru a-și remodela mediul celular.

Aceste rezultate ilustrează „puterea evoluției experimentale pentru identificarea mutațiilor funcțional importante în mediile naturale”, conchid Worthan și echipa sa.

Această cercetare a fost publicată în PNAS.

Vă recomandăm să citiți și:

Cât de important este nivelul de inteligență al celor care folosesc un computer?

Miliarde de oameni din întreaga lume fac aceeași greșeală, a descoperit un studiu

O metodă populară de slăbit ar putea crește riscul de cancer, arată un studiu

Canabisul poate avea un efect anti-îmbătrânire, au descoperit cercetătorii