La investigación arroja luz sobre los mecanismos moleculares que permiten a las bacterias competir y establecer simbiosis

Se han identificado dos factores que controlan la expresión de un gen clave requerido por las bacterias luminiscentes para matar las células bacterianas competidoras. El hallazgo, por investigadores de Penn State, arroja luz sobre los mecanismos moleculares que permiten que diferentes cepas de bacterias compitan y establezcan simbiosis en el calamar hawaiano. Como consecuencia, el estudio, que aparece en línea en el Revista de bacteriología , se suma a nuestra comprensión de cómo se determina la composición del microbioma de un huésped, y puede ser aplicable a microbiomas más complejos en humanos.

Estamos tratando de comprender cómo las bacterias interactúan entre sí en el contexto de una simbiosis animal-microbio. Con muchas de estas simbiosis, la superficie del tejido del huésped se convierte en un ecosistema donde las células de diferentes especies y cepas de bacterias interactúan y compiten por los recursos. Sabíamos que algunas de estas cepas bacterianas tienen la capacidad de atacar y matar a otras cepas, pero no sabíamos cómo se regula genéticamente este mecanismo ".

Tim Miyashiro, profesor asistente de bioquímica y biología molecular en Penn State y líder del equipo de investigación

Cuando un calamar bobtail hawaiano eclosiona, Las bacterias bioluminiscentes del entorno circundante comienzan a colonizar pequeños huecos llamados criptas en el órgano de luz del calamar. Las bacterias encuentran refugio y un ambiente rico en nutrientes dentro de las criptas, donde producen un resplandor azul que los investigadores creen que ayuda a ocultar los calamares nocturnos de los depredadores que se encuentran debajo. Algunas cepas de esta bacteria, Vibrio fischeri, Emplear un mecanismo similar a una aguja conocido como sistema de secreción de tipo VI (T6SS) para inyectar toxinas y matar las células bacterianas cercanas. Las cepas que usan T6SS matarán cepas bacterianas susceptibles en una cripta, mientras que aquellos sin T6SS pueden cohabitar con otras cepas.

"El sistema de tipo VI se encuentra en muchas bacterias diferentes, "dijo Kirsten R. Guckes, investigador postdoctoral en Penn State y primer autor del artículo. "Originalmente se pensó que contribuía principalmente a la virulencia de las bacterias patógenas. Por ejemplo, Vibrio cholerae, la bacteria que causa el cólera, lo usa. Pero, ahora sabemos que las bacterias beneficiosas, como V. fischeri, también use T6SS para matar otras bacterias. Debido a que se cree que la T6SS es energéticamente costosa para la producción de las bacterias, y hacerlo podría interferir con la capacidad de las bacterias para prosperar y producir bioluminiscencia, comprender cómo se regulan los componentes del sistema nos ayudará a explicar la relación anfitrión-simbionte y los factores que contribuyen a establecer la simbiosis ".

Un componente estructural clave de T6SS es Hcp, codificado por dos genes funcionalmente redundantes. El equipo de investigación demostró que la expresión de Hcp depende de dos factores:el factor sigma alternativo σ54 y la proteína de unión potenciadora bacteriana VasH. Adicionalmente, demostraron que VasH, que se requiere para que las bacterias maten otras células, regula la expresión de Hcp dentro del anfitrión, sugiriendo que la expresión de T6SS está regulada durante la simbiosis.

"El conocimiento de que el entorno del huésped puede estimular el sistema de tipo VI sugiere que el sistema se ha integrado en el programa de desarrollo que utilizan las bacterias cuando inician la simbiosis con el calamar, "dijo Miyashiro." Entonces, parece que el sistema es importante para el establecimiento de simbiosis, si están presentes o no otras bacterias competidoras. Adicionalmente, podemos aplicar lo que estamos aprendiendo en esta relación relativamente simple de anfitrión-simbionte a microbiomas más complejos como los que se encuentran en el intestino humano y en nuestra piel ".

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