Tendencias21
Las bacterias anticipan cambios en su entorno y reaccionan ante ellos

Las bacterias anticipan cambios en su entorno y reaccionan ante ellos

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.

Las bacterias anticipan cambios en su entorno y reaccionan ante ellos

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.

Yaiza Martinez

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Oleada cósmica: cinco asteroides rozan la Tierra en solo cuatro días 3 junio, 2025
    Cinco rocas espaciales pasarán a millones de kilómetros de nuestro planeta en apenas cuatro días, con el 4 de junio como jornada clave. No representan peligro, pero ofrecen una oportunidad única para la ciencia.
    Redacción T21
  • Estados Unidos crea una "máquina del tiempo científica", capaz de condensar en días décadas de investigación 3 junio, 2025
    El próximo superordenador Doudna, que Estados Unidos tendrá operativo en 2026, está diseñado para ser el catalizador de una nueva era de descubrimientos, transformando la forma en que abordamos desde los misterios del cosmos hasta las complejidades de la vida misma.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Se revela una estructura oculta al borde del Sol 3 junio, 2025
    La atmósfera exterior del Sol, conocida como corona solar, ha revelado recientemente detalles asombrosos gracias a avances en óptica adaptativa y técnicas de observación de alto contraste. Un equipo internacional de científicos ha logrado capturar las imágenes más nítidas hasta la fecha de la corona solar, mostrando fenómenos como las “gotas de lluvia” solares y […]
    Redacción T21
  • Dormir mal puede estar relacionado con problemas en la audición 2 junio, 2025
    Una investigación realizada en China y otros estudios recientes sugieren que las patologías del sueño, como el insomnio, el trastorno del movimiento periódico de las extremidades y la apnea del sueño podrían estar relacionados con la pérdida auditiva.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Un tatuaje electrónico puede leer los niveles de estrés 2 junio, 2025
    Un nuevo tatuaje electrónico portátil y ultradelgado que se coloca en la frente de forma no invasiva monitorea de manera inalámbrica la actividad cerebral, rastrea la carga cognitiva en tiempo real y potencialmente predice la fatiga mental y el estrés antes que se haga evidente.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • ¿El próximo Einstein será un algoritmo? Nace la primera científica artificial que genera conocimiento 2 junio, 2025
    Una inteligencia artificial ha concebido, ejecutado y escrito una investigación original que ha sido aceptada en ACL 2025, uno de los foros científicos más prestigiosos del mundo. Zochi es la primera científica artificial reconocida por la élite.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Crean un "hormigón viviente" que se repara a sí mismo 2 junio, 2025
    Un equipo de investigadores ha desarrollado un tipo de concreto que puede curarse a sí mismo aprovechando el poder del liquen sintético. Mejora notablemente intentos anteriores de producir hormigón "vivo" hecho con bacterias, ya que el nuevo material logra ser completamente autosuficiente.
    Redacción T21
  • El eco cuántico del cerebro: ¿estamos entrelazados con nuestros pensamientos? 2 junio, 2025
    El entrelazamiento cuántico, la "acción fantasmal a distancia" que tanto intrigó a Einstein, podría no ser solo una rareza del microcosmos, sino que tendría un eco medible en los procesos cognitivos inconscientes mediante un aparente fenómeno “supercuántico”.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Un enorme desierto en Asia se está transformando en un vergel gracias al cambio climático 1 junio, 2025
    Los hallazgos de un nuevo estudio muestran que la ecologización del desierto de Thar ha sido impulsada principalmente por más lluvias durante las temporadas de monzones de verano, un aumento del 64% en las precipitaciones en general por el cambio climático y, en segundo lugar, por la infraestructura de riego que lleva el agua subterránea […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • La NASA está observando una enorme y creciente anomalía en el campo magnético de la Tierra 31 mayo, 2025
    La NASA está haciendo un seguimiento detallado de la "abolladura" o "bache" en el campo magnético terrestre descubierta en 1961, que crece rápidamente y podría ser el preludio de una inversión geomagnética: ocurre cuando los polos magnéticos norte y sur intercambian posiciones.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21