Cómo es la bacteria descubierta en Japón que forma un “cuerpo” multicelular, como las plantas y los animales

Científicos de Japón describieron un tipo de bacteria que presenta un comportamiento multicelular y un ciclo vital único en dos fases. El hallazgo puso en tela de juicio lo que significa ser un organismo complejo en la actualidad. Se trata de un extraño microbio que fue encontrado por ecologistas japoneses que buscaban plásticos biodegradables. Según relataron, comienza como una sola célula, pero luego desarrolla un cuerpo organizado compuesto por cientos de células, con lo cual abandona el comportamiento de la mayoría de los microbios.

La bacteria, llamada HS-3, que se aisló de la pared de una cueva de piedra caliza que se sumerge periódicamente en un río subterráneo, no solo modifica su conducta hasta este punto, sino que en el momento oportuno, el conglomerado celular dispara una nueva generación de células individuales para iniciar de nuevo este ciclo de vida multicelular.

Esto significa que la bacteria -que se encontraba en una cueva- se comporta de una forma muy parecida a una planta que crece y produce semillas o a una persona gestante que da a luz a bebés, según indicaron los investigadores en el trabajo fue publicado en la revista especializada eLife.

Los científicos determinaron que la bacteria HS-3 tiene dos fases vitales diferentes. En una superficie sólida, se autoorganiza en una colonia estructurada en capas con cualidades similares a las del cristal líquido. La colonia de HS-3 madura hasta convertirse en una esfera semicerrada que contiene grupos de células “hijas” de cocobacilos, o células cortas en forma de varilla, que se liberan al entrar en contacto con el agua.

Uno de los líderes de la investigación explicó el significado del hallazgo. “La aparición de la multicelularidad es uno de los mayores misterios de la vida en la Tierra”, dijo uno de los investigadores, Kouhei Mizuno, profesor del Instituto Nacional de Tecnología (KOSEN) de Tokio.

“La cuestión es que ya conocemos la función superior y la adaptabilidad de la multicelularidad, pero no sabemos casi nada de sus orígenes. La función y la adaptabilidad establecidas no son necesariamente su propia fuerza motriz de formación”, agregó. Una curiosidad de este organismo es el conflicto entre el “beneficio de los individuos” frente al “beneficio del grupo” que debió existir en la etapa inicial de la transición evolutiva. No tenemos un buen modelo existente para estudiar la multicelularidad, salvo los modelos teóricos”, comentó Mizuno.

Uno de esos modelos teóricos, que se conoce como “andamiaje ecológico”, sostiene que el entorno ejerce una presión de selección sobre una población que se está desarrollando. Argumenta que la selección natural darwiniana sigue siendo aplicable a los organismos unicelulares.

Mizuno y el estudiante de su laboratorio, Ohta, identificaron a la bacteria HS-3 a partir del goteo de agua en la pared de una cueva de piedra caliza en la isla de Kyushu, al norte de Japón, en 2008. Inicialmente buscaban bacterias acumuladoras de lípidos, pero Ohta descubrió una pequeña colonia con un color y una textura extraordinarios al inspeccionar placas de agar viejas en busca de bacterias antes de su eliminación.

Por su estructura desorganizada, la mayoría de las bacterias en agar tienen una textura opaca, sin embargo, esta colonia era transparente y tenía un tono iridiscente. Las comparaciones fenotípicas con especies estrechamente relacionadas verificaron que esta colonia era una nueva especie, HS-3, que los científicos denominaron Jeongeupia sacculi (que significa “cuna”).

El equipo utilizó microscopios para analizar el crecimiento de la colonia. Las células comenzaron a reproducirse simplemente como cocobacilos, pero la aparición de la elongación celular hizo que la colonia formara una estructura de una sola capa, orientada como un cristal líquido.

Se formaron protuberancias sobre todo en el borde de la colonia, lo que alivió la presión interna y otorgó al HS-3 la capacidad única de mantener esta disposición líquida bidimensional durante un periodo prolongado, lo que puede ser un requisito previo para que el HS-3 establezca un comportamiento multicelular. Luego, la colonia se expandió para formar capas adicionales.

Al cabo de dos días, se produjo una rápida reproducción celular interna y la colonia comenzó a hincharse tridimensionalmente, formando una esfera semicerrada que albergaba las células del cocobacilo. Después del quinto día, las células internas se apiñaron fuera de la colonia, lo que desencadenó una reacción en cadena de este evento en las colonias adyacentes y, por lo tanto, indicó cierto control multicelular.

Como el lugar de muestreo de la pared de la cueva HS-3 estaba sometido regularmente a la corriente de agua de la cueva, el equipo sumergió las colonias de semiesferas maduras en agua. Los cocobacilos internos se liberaron en el agua, dejando atrás la arquitectura celular filamentosa. Al sembrar estas células hijas en agar fresco, descubrieron que las células eran capaces de reproducir la estructura filamentosa original, lo que demuestra que las dos fases distintas del ciclo vital de HS-3 son reversibles y pueden haber surgido debido a las condiciones cambiantes del interior de la cueva.

“Necesitábamos 10 años para estar seguros de que no se trataba de una contaminación de dos especies diferentes y de que no era sólo una mutación”, aclaró Mizuno.

“En primer lugar, utilizamos una serie de observaciones microscópicas para filmar todo el proceso desde una sola célula hasta una colonia, para lo cual desarrollamos nuestros propios métodos. Luego, comprobamos que los cambios morfológicos de las células y las colonias eran controlados y reversibles. Esos datos nos llevaron a creer que se trata de una “multicelularidad” del HS-3″.

“Nos han sorprendido las diversas y curiosas propiedades que encierra HS-3, una de las cuales es que el comportamiento multicelular de esta nueva especie encaja bien con la hipótesis del “andamiaje ecológico” recientemente propuesta. Ahora pensamos que el salto hacia la multicelularidad sería un proceso más elaborado y hermoso del que habíamos imaginado hasta ahora”, comentan Mizuno y Kazuya Morikawa, profesor de la División de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Tsukuba, en Japón..

A diferencia de otras formas conocidas de bacterias multicelulares, la HS-3 no sólo tenía diferentes tipos de células; cada tipo tenía una estructura distinta y se formaba en diferentes momentos de su ciclo vital, como si respondiera a señales ambientales específicas, en este caso, la inmersión en el agua. Para un microbio, “estos detalles son bastante peculiares, dice Marco La Fortezza, biólogo evolutivo de la ETH Zürich que no participó en el trabajo.

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