La 'vida sexual' secreta de las bacterias

Bacterias Salinibacter ruber
Células de Salinibacter ruber (verdes) bajo el microscopio. Otros colores representan diferentes organismos en la salina. Crédito: Tomeu Viver

Un estudio desafía las viejas ideas sobre cómo se forman las especies

Cuando Kostas Konstantinidis demostró que muchas bacterias, al igual que las plantas y los animales, están organizadas en especies, puso patas arriba una creencia científica sostenida durante mucho tiempo.

Los científicos creían ampliamente que las bacterias, debido a sus mecanismos únicos de intercambio genético y al enorme tamaño de sus poblaciones globales, no formaban (y no podían formar) especies distintas.

Una nueva investigación de Konstantinidis y colaboradores desafía aún más esta noción, sugiriendo que las bacterias no sólo forman especies, sino que también mantienen especies cohesivas a través de un proceso que es en cierto modo "sexual".

"La siguiente pregunta que nos planteamos fue cómo los microbios individuales de una misma especie mantienen su cohesión. En otras palabras, ¿Cómo se mantienen similares las bacterias?", dijo Konstantinidis, profesor Richard C. Tucker en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech.

Se cree que las bacterias y otros microbios evolucionan principalmente a través de fisión binaria, es decir, reproducción asexual, aunque también participan en un intercambio genético poco frecuente. Utilizando un nuevo método bioinformático para detectar la transferencia de genes, junto con un nuevo conjunto de datos del genoma completo, Konstantinidis y un equipo internacional de investigadores probaron su hipótesis sobre cómo surgen y se mantienen las especies. Descubrieron que las bacterias evolucionan y forman especies de forma más "sexual" de lo que se creía anteriormente.

agrupamiento de nucleótidosImagen derecha: Agrupamiento ANI (identidad de nucleótidos promedio) que muestra la estructura de genomovares y filogrupos para los genomas de Sal. ruber y E. coli utilizados en este estudio

Para investigar cómo las especies microbianas mantienen sus identidades distintivas, el equipo analizó los genomas completos de microbios de dos poblaciones naturales. Recolectaron y secuenciaron más de 100 cepas de Salinibacter ruber (un microbio amante de la sal) de salinas solares en España. Luego analizaron un conjunto de genomas de Escherichia coli previamente publicados y aislados de granjas ganaderas en el Reino Unido. Compararon los genomas de microbios estrechamente relacionados para ver cómo se intercambiaban los genes.

Descubrieron que un proceso llamado "recombinación homóloga" desempeña un importante papel en la unión de las especies microbianas. La recombinación homóloga ocurre cuando los microbios intercambian ADN entre sí e integran el nuevo ADN en su genoma reemplazando su propio ADN similar. Observaron que la recombinación ocurre con frecuencia y de forma aleatoria en todo el genoma de los microbios, y no sólo en unas pocas regiones específicas.

"Esto puede ser fundamentalmente diferente de la reproducción sexual en animales, plantas, hongos y organismos no bacterianos, donde el ADN se intercambia durante la meiosis, pero el resultado en términos de cohesión de especies puede ser similar", dijo Konstantinidis. "Este intercambio constante de material genético actúa como una fuerza cohesiva, manteniendo similares a los miembros de la misma especie".

Los investigadores también observaron que los miembros de la misma especie tienen más probabilidades de intercambiar ADN entre ellos que con miembros de especies diferentes, lo que contribuye aún más a la existencia de límites distintos entre especies.

"Este trabajo aborda un importante y duradero problema de la microbiología que es relevante para muchas áreas de investigación", afirmó Konstantinidis. "Es decir, cómo definir las especies y los mecanismos subyacentes para la cohesión de las especies".

Esta investigación tiene implicaciones para varios campos, desde la ciencia ambiental y la evolución hasta la medicina y la salud pública, y ofrece valiosa información para identificar, modelar y regular organismos clínica o ambientalmente importantes. La metodología desarrollada durante la investigación también proporciona un conjunto de herramientas moleculares para futuros estudios epidemiológicos y de microdiversidad.

La investigación se ha publicado en la revista Nature Communications: Microbial species and intraspecies units exist and are maintained by ecological cohesiveness coupled to high homologous recombination

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