El sexto sentido bacteriano

Los seres vivos están inmersos en un universo de cambios constantes: temperatura, pH,  nutrientes, depredadores… Esta situación hace que los organismos tiendan a poseer sistemas que les permitan detectar estímulos ambientales y convertirlos en señales que generen respuestas apropiadas.  Existen muchos ejemplos de respuestas por parte de los seres pluricelulares… sensores acoplados al sistema nervioso, a sistemas hormonales o incluso las fitohormonas de las plantas. Esta  estrategias generan respuestas celulares de todo tipo… pero, ¿qué ocurre con las bacterias?

Las bacterias, salvo en algunos casos aislados, no sólo carecen de “sentidos” en el sentido más clásico de la palabra. Además tampoco poseen complejos sistemas pluricelulares ni tejidos especializados que les permitan responder a los cambios externos de forma aislada.

En el caso de las bacterias la mayoría de estas respuestas individuales están mediadas por factores de transcripción que se unen al ADN y coordinan la actividad de polimerasas de ARN o de proteínas que provocan efectos alostéricos. En 1970, los investigadores reconocieron regiones en los ARN mensajeros que tenían un importante papel como reguladores de la expresión génica. Durante los 90 se profundizó en este campo, encontrándose multitud de sistemas de control basados en ARN, desde el ARNm al ARN no codificante que interviene en regulación epigenética.

Como decía, en bacterias la regulación genética por ARN o riboregulación es generalizada. Uno de los métodos de acción de estos ARN es mediante secuencias que se encuentran en mensajeros y que actúan directamente sobre la expresión de genes, a estos elementos se les conoce como ribointerruptores y se definen como: elementos de ARNm que unen metabolitos o iones como ligandos, para regular procesos de expresión mediante la formación de estructuras alternativas.  Los  ribointerruptores se encuentran habitualmente en la región 5′ UTR, en el tramo que precede al sitio de inicio de la traducción. Se componen de dos dominios, el primero se llama aptámero y es el lugar al cual se une el ligando haciendo que se produzcan cambios en el segundo dominio, llamado plataforma de expresión.

(Querido lector que ha pasado rápidamente sin leer los párrafos anteriores por tener demasiada densidad de términos aburridos, frene y siga desde aquí)

Biology of the Cell (2008) 100, 1-11 – Jane N. Kim and Ronald R. Breaker | www.biolcell.org

En esta imagen podemos ver de forma sencilla casi todo lo explicado arriba. Tenemos moléculas de ARN en las  que podemos observar distintos “bucles”.  La figura A se refiere a la transcripción mientras que la B representa la traducción. En cualquier caso, ambos representan una actividad celular más que básica por la cual se generan casi todas las respuestas celulares.

La actividad comienza sin problemas evitando la zona de bucles, ya sea en la zona de unión a ribosomas (RBS) o en la zona poli U. Así, si encontramos estas moléculas en el estado de las primeras imágenes, diremos que el interruptor está encendido. Pero, ¿qué ocurre cuando llega la molécula ligando? Como se observa en la imagen, la actividad se detiene.

Imaginad que sois unas terribles bacterias viviendo en los pulmones de un inocente humano, soléis usar hierro en muchas de vuestras proteínas y cofactores diariamente, y aunque muchas de estas proteínas no son vitales para vosotros… no podéis negar que os gusta tenerlas ya que os dan ventaja frente a vuestros vecinos. Sin embargo en tiempos de escasez el hierro es vital y no se puede ir desperdiciando en “caprichos” ya que os pueden costar la vida…  Pero recordad, ¡ no tenéis ojos, ni manos, ni forma de saber cuanto hierro hay a vuestro alrededor !  Una solución a este problema podrían ser los ribointerruptores.  Cuando el hierro escasea los bucles se liberan permitiendo que se sinteticen por ejemplo toxinas. Estas toxinas pueden desde destruir células, del pobre humano en el que vivís, hasta matar a otras bacterias de la que convenientemente podréis obtener hierro. Sea de unos o de otros, cuando tras la matanza el hierro vuelva a abundar a vuestro alrededor, se terminará uniendo a la zona de aptámero y deteniendo la producción de toxinas.

La importancia adaptativa de todo esto es muy grande, ya que las toxinas y otras proteínas competitivas tienen un coste para la bacteria muy alto, y si estuviesen siempre en producción, la pobre bacteria apenas podría llegar “a fin de mes”. Así que moléculas como los ribointerruptores fueron seleccionadas por dotar de mejor economía a quienes las poseían.

¿Existen otros “ribointerruptores”? Si, hay muchas otras  formas de relacionarse con el medio, tanto individuales como grupales. Otro ejemplo podrían  ser los termómetros de ARN.

Tenemos un caso que aunque no termina de estar claro, es bastante interesante, hablo de Yersinia pestis, la bacteria responsable de una de las más famosas epidemias de nuestra historia. La peste negra.

La peste negra o bubónica es una zoonosis, es decir, una enfermedad que puede transmitirse entre distintos animales y los humanos. En el caso de Y pestis, existen reservorios tanto en mamíferos como en insectos. El reservorio principal es la pulga de la rata negra, a través de la cual, luego pasa a ratas o directamente a humanos. Sin embargo lo más interesante, en mi opinión, resultó ser  que Y. pestis sabía perfectamentesi estaba dentro de una pulga o dentro de un mamífero vivo.

Yersinia pestis (A) HMS+ frente a (B) HMS- | OXFORD JOURNALS

Podría decirse que Yersinia no se encuentra cómoda dentro de la pulga, hace frío y no hay demasiada comida, pero es un sitio seguro donde vivir… Quizás por eso su actitud no es demasiado destructiva, pero si orientada a cambiar de barrio. ¿Cómo lo hace?, pues de una manera muy simple, taponando el conducto digestivo de las pulgas.

Pulga infectada por Y pestis. | Fuente: Wikipedia

Mientras vive en ellas un grupo de genes llamados HMS están activos generando entre otras cosas, cambios en la membrana de la bacteria que provocarán la formación de pegajosos biofilms justo antes del estómago.  El biofilm crecerá y crecerá hasta impedir casi completamente el paso de alimento, matando de hambre a la pulga, no sin que antes trate de alimentarse todas las veces posible extendiendo la infección.

Aspecto del proventrículo de una pulga. Sin infección (A) Infectada por Y pestis HMS- (C ) Infectada por Y pestos HMS+ (D) | OXFORD JOURNALS

Salvo que seas un vampiro, la temperatura del cuerpo humano se sitúa por encima de la de la pulga, y es este el dato que usa nuestra maligna bacteria para detectar el cambio de barrio. Los genes HMSsólo se expresan a temperaturas por debajo de 30ºC aproximadamente, a 37ºC son otros sistemas de virulencia los que entran en juego.

El caso de Yersinia pestis no es el único. Corynebacterium diphtheriae, bacteria causante de la difteria, no pierde el tiempo produciendo toxinas si no está dentro de un mamífero vivo, para ello se sirve de un doble sistema de termómetro-ribointerruptor, que detecta presencia de adenosina y temperaturas de 37ºC.

Las bacterias poseen una enorme cantidad de estrategias que les permiten censar el medio y saber donde están en casi todo momento, así que la próxima vez que imagines a los microorganismos como pequeños seres vivos “inferiores” carentes de “complejos y evolucionados” sistemas de interacción, ¡ recuerda que habrá unos cuantos quejándose en todas tus superficies !

Fuentes:

Riboswitches: A Common RNA Regulatory Element (Nature)

Temperature Regulation of the Hemin Storage (Hms +) Phenotype of Yersinia pestis Is Posttranscriptional

Robert D. Perry, Alexander G. Bobrov, Olga Kirillina, Heather A. Jones, Lisa Pedersen, Jennifer Abney and Jacqueline D. Fetherston J. Bacteriol. 2004, 186(6):1638. DOI: 10.1128/JB.186.6.1638-1647.2004.

Transmission of Yersinia pestis from an infectious biofilm in the flea vector

Clayton O. Jarrett1, Eszter Deak1,a, Karen E. Isherwood3, Petra C. Oyston3, Elizabeth R. Fischer2, Adeline R. Whitney1, Scott D. Kobayashi1, Frank R. DeLeo1 and B. Joseph Hinnebusch1

19 Comentarios

Participa Suscríbete

AntonioAntonio

Fantástica entrada. Nunca dejaremos de sorprendernos de lo que la evolución va generando. Y yo personalmente nunca dejaré de sorprenderme del trabajo de la gente que consigue descifrar estos mecanismos. Gracias, porque estas cosas son las que consiguen un mundo mejor. Aunque sea difícil explicar al pueblo lo importante de invertir en la investigación pura.

Raven

Es fascinante como funcionan estos mecanismos que aunque parezcan complicados si se entienden terminan siendo muy intuitivos.

Gracias por comentar.

MgbuMgbu

Me estoy perdiendo de entradas? Desde que se llama Naukas no se actualiza tan rapido, ¿O no encuentro las entradas nuevas?

AbraxasAbraxas

Yo creo que aún están con resaca post-traslado. Vamos a darles un poquillo de margen hasta que empiecen a coger ritmo :-P

SapManSapMan

Es la primera vez que me hacen ponerme “en el pellejo” de una bacteria en pleno proceso infeccioso de las vías respiratorias… ¡Me ha encantado!

Buenísima entrada. Enhorabuena.

Raven

Muchísimas gracias :D

No siempre es fácil colocar al lector pluricelular eucariota en el sitio de un unicerlular procariota xD

jgonzalezgjgonzalezg

Muy interesante tu artículo.
He visto un documental en que el biólogo Graham Tuigg y otros ponen en duda que la peste negra fuera causada por las pulgas y las ratas negras. Según ellos la enfermedad sería distinta a la que estudió Yersin en Hong Kong en 1894.
¿ Cuál es tu opinión sobre el tema?

Raven

Es complicado, para mi darte una respuesta segura y firme. Las teorías de la conspiración van desde las más extravagantes a las más “light” y a veces cuesta diferenciar cuando se pone en duda una hipótesis y cuando se quiere llamar la atención.

Ahora bien, como me preguntas por mi “opinión” te diré que pienso que la bacteria causante de las epidemias de peste negra fue Y. pestis y para sustentar mi opinión me baso en la paleomicrobiología (sacado de aquí):

Con la peste negra del siglo XIV hubo en su día controversia, se podría dudar de quién era la responsable de tal epidemia, sin embargo recientemente y gracias al uso de la paleomicrobiología se ha descrito la secuencia de Yersinia pestis obtenida de las víctimas de aquella epidemia. Las muestras se extrajeron de la pulpa dental de cuatro personas que murieron entre 1348 y 1349 en Londres, tras varios estudios que debieron lidiar con los problemas asociados a trabajar con ADNa se llegó a la conclusión de que la cepa encontrada en las víctimas tan sólo se diferenciaba de la cepa moderna en 97 SNP, eran bastante parecidas.

De todas formas, en esta vida hay que dudar de _casi_ todo.

Un saludo y gracias por comentar.

jgonzalezgjgonzalezg

El Primer estudio que se hizo sobre muertos por la peste del siglo XIV se realizó en Montpellier y se publicó en PNAS en noviembre del 2000. El investigador francés encontró la bacteria Y. pestis en la pulpa dental de tres cadáveres. El estudio de Londres que citas debe ser más reciente.
Desde que leí tu artículo me he interesado por el tema y he observado que hay montones de cosas que no están claras.
Por ejemplo, los venecianos se dieron cuenta que sometiendo a las personas que llegaban en barco o a extranjeros a cuarentena, éstos no trasmitían la enfermedad si en esos cuarenta días no se había manifestado. Es raro que los venecianos en sus archivos sobre la peste no hagan ninguna referencia a las ratas.
En las pestes modernas en China e India lo primero que aparece es una gran cantidad de ratas muertas.

Raven

La salubridad no era muy buena en esa época, tampoco podemos saber si asumieron lo de las ratas muertas, si las ratas de Venecia se convirtieron en portadoras asintomáticas, o si fue otro el vector de transmisión.

Existen muchas cepas, y biovariedades de yersinia, podrían tener comportamientos distintos, con distintos grados de virulencia. De todas formas, los restos indican presencia de Y. pestis. Presencia, no quiere decir que sea una verdad absoluta, que se complicase con otra enfermedad o estilo de vida. Sólo que durante las epidemias, la bacteria estuvo allí, y que por los síntomas que se describen, ella jugó algún papel. Podemos discutir, si fue la única con papel, o si formó parte de un reparto microbiano.

En resumen, la lógica y los datos me hacen pensar en ella como causa, pero tampoco puedo asegurarlo como dogma de fe.

Saludos !

jgonzalezgjgonzalezg

He leido un trabajo de Johanes Krause , realizado en el cementerio de East Smithfield de Londres publicado en PNAS en 2011 que supongo es el mismo al que tu te refieres. Me ha convencido de que la Y. pestis es la culpable también de la peste medieval. Sin embargo sigue habiendo muchos puntos oscuros, sobre todo en la forma de propagación.
En la pester bubónica de ciertos sitios como los Andes parece ser que la pulga común (p. irritans) puede ser también un transmisor de la enfermedad.
UN saludo, Julián.

0 (0 Votos)
jgonzalezgjgonzalezg

¿Se sabe cuanto vive la pulga desde que es infectada por la bacteria? ¿Puede haber pulgas infectadas que no mueran por la infección ? ¿Cuanto tardan las pulgas en abandonar un cadáver?

Raven

La pulga puede vivir entre 7 y 28 días, pero según parece no suelen ser más de 14 días.

Seguro que existen pulgas y ratas que terminan siendo portadores asintomáticos de la bacteria…y si no existen será cuestión de tiempo, la evolución de estas especies va de la mano.

Respecto a la última pregunta…no tengo ni idea.

http://www.parasitesandvectors.com/c...5-4-191.pdf

jgonzalezgjgonzalezg

Creo que abandonan el cadáver a partir de una determinada temperatura. Por tanto el tiempo será mayor o menor segun sea la temperatura ambiental.
Un amigo mío me comentó que había matado una vez un estornino y que tenía el cuello plagado de garrapatas. Lo dejó en el suelo y al poco tiempo volvió a examinarlo y las garrapatas ya habían desaparecido.
Con las pulgas supongo que pasa algo parecido y que debe ser bastante rápido.
Gracias por la información..

Raven

Suena bastante lógico, supongo que detectarán tanto la temperatura como la putrefacción del cadáver y se moverán antes de comerse algo “caducado”.

1 Trackback

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <p> <q cite=""> <strike> <strong>