Red bacterial: las bacterias se conectan entre sí para intercambiar nutrientes

Científicos del Instituto Max Planck para la Ecología Química en Jena, Alemania, y sus colegas de las universidades de Jena, Kaiserslautern, y Heidelberg, han descubierto una nueva forma en que las bacterias pueden lograr intercambio nutricional. Encontraron que algunas pueden formar estructuras nanotubulares entre las células individuales que les permiten un intercambio directo de nutrientes.

Las bacterias suelen vivir en comunidades ricas en especies y frecuentemente intercambian nutrientes y otros metabolitos. Hasta ahora, no estaba claro si los metabolitos que intercambian estos microorganismos eran debido a la liberación de ellos en el entorno circundante o si también usaban conexiones directas entre las células para este propósito.

Para responder a esta pregunta los científicos trabajaron con la bacteria del suelo Acinetobacter baylyi y el microbio intestinal Escherichia coli. Así, al eliminar experimentalmente genes bacterianos a partir del genoma de ambas especies, generaron mutantes que ya no eran capaces de producir ciertos aminoácidos pero producían mayores cantidades de otros.

En un proceso de co-cultivo, observaron que ambas cepas bacterianas fueron capaces de desarrollar una alimentación cruzada entre sí, compensando así las deficiencias inducidas experimentalmente. Pero, cuando se separaron las dos cepas mediante un filtro que solo permitía el paso libre de aminoácidos e impidió el contacto directo entre células, se anuló el crecimiento de ambas cepas, con lo cual se demostró que era necesario el contacto directo entre las células para que se produjera el intercambio de nutrientes, señalaron los científicos.

Luego, la observación del co-cultivo a través del microscopio electrónico reveló que las cepas bacterianas habían formado estructuras entre ellas, que funcionaban como nanotubos a través de las cuales se produjo el intercambio de nutrientes entre las células. Los científicos destacaron que, sin embargo, la Escherichia coli fue fue capaz de formar estas estructuras y la conexión hacia la cepa baylyi Acinetobacter u otras células E. coli. Con esto notaron la diferencia importante entre ambas bacterias, encontrando que la E. coli, es capaz de moverse activamente en medios líquidos, mientras que A. baylyi es inmóvil. Se sugiere que esta bacteria nada en medios líquidos buscando socios adecuados para conectarse a ellos a través de estos nanotubos, indicaron.

La falta de aminoácidos desencadenó la formación de nanotubos. La eliminación de un gen, que está implicado en la producción de un determinado aminoácido, generaba en las bacterias resultantes la necesidad de conectarse a otras células bacterianas, para que, de esta manera, compensen su deficiencia nutricional. Pero, observan los científicos, los nanotubos no se forman cuando los aminoácidos requeridos se suplen en el medio de crecimiento, lo que indica que la formación de estas estructuras depende obviamente del estado de 'hambre' de una célula.

Las células se especializan en determinados procesos bioquímicos dividiendo su trabajo, el cual puede ser ventajoso para las comunidades bacterianas: así los recursos se pueden utilizar de forma más económica para mejorar el crecimiento y la eficiencia. Los científicos ahora están proyectando averiguar si la formación de nanotubos sirve exclusivamente para el intercambio mutuo de los nutrientes o si algunas especies bacterianas también parasitan otras células bacterianas.

Además, aún no queda claro si las bacterias pueden elegir activamente las células de las que derivan. Después de todo, este tipo de conexiones tubulares también plantean un riesgo potencial, porque la pareja en el otro lado del tubo podría también proporcionar sustancias nocivas.

Según informaron, la pregunta más emocionante que queda por responder es si las bacterias son en realidad unicelulares, organismos simplemente estructurados o si en realidad estamos viendo algún otro tipo de pluricelularidad, en el que las bacterias aumentan su complejidad uniéndose entre sí y combinando sus capacidades bioquímicas.

La investigación se centró principalmente en la pregunta de por qué los organismos cooperan entre sí. El uso experimental de las comunidades bacterianas como sistemas modelo manejables ayudará a explicar por qué tantos organismos han desarrollado un estilo de vida cooperativo en el curso de su evolución, indicaron.