Factores reguladores genéticos en el calamar hawaiano permiten a las bacterias matar rivales 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, realizado por investigadores de Penn State, arroja luz sobre los mecanismos moleculares que en el calamar hawaiano permiten que diferentes cepas de bacterias compitan y establezcan simbiosis.
En consecuencia, el estudio, que aparece en línea en el Journal of Bacteriology, se suma a nuestra comprensión de cómo se determina la composición del microbioma de un anfitrión, y puede ser aplicable a microbiomas más complejos en humanos.
"Estamos tratando de entender cómo interactúan entre sí las bacterias en el contexto de una simbiosis entre animales y microbios", dijo Tim Miyashiro, profesor asistente de bioquímica y biología molecular en Penn State y el líder del equipo de investigación. "Con muchas de estas simbiosis, la superficie del tejido del anfitrión se convierte en un ecosistema donde interactúan y compiten por los recursos las células de diferentes especies y cepas de bacterias. Sabíamos que algunas de estas cepas bacterianas tienen la capacidad de atacar y matar otras cepas, pero no sabíamos cómo está regulado genéticamente este mecanismo".
Cuando sale del cascarón un calamar hawaiano (Euprymna scolopes), las bacterias bioluminiscentes en el entorno circundante comienzan a colonizar pequeños huecos llamados criptas en el órgano bioluminiscente 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.
Algunas cepas de esta bacteria, Aliivibrio fischeri, emplean 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 en una cripta matarán cepas bacterianas susceptibles, mientras que aquellas sin T6SS pueden convivir con otras cepas.
"El sistema tipo VI se encuentra dentro de muchas bacterias diferentes", dijo Kirsten R. Guckes, investigadora postdoctoral en Penn State y primer autora 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 A. fischeri, también usan T6SS para matar a otras bacterias. Debido a que se cree que T6SS es energéticamente costoso para 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 host-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 al potenciador bacteriano VasH. Además, mostraron que VasH, que es necesario para que la bacteria mate otras células, regula la expresión de Hcp dentro del anfitrión, lo que sugiere que la expresión de T6SS está regulada durante la simbiosis.
"El conocimiento de que el entorno del huésped puede estimular el sistema tipo VI sugiere que el sistema se ha integrado en el programa de desarrollo que usan las bacterias cuando inician la simbiosis con el calamar", dijo Miyashiro. "Entonces, parece que el sistema es importante para el establecimiento de simbiosis, ya sea que haya presentes o no otras bacterias competidoras. Además, podemos aplicar lo que estamos aprendiendo en esta relación host-simbionte relativamente simple a microbiomas más complejos como los que se encuentran en el intestino humano y en nuestra piel".
Artículo científico: The Bacterial Enhancer Binding Protein VasH Promotes Expression of a Type VI Secretion System in Vibrio fischeri during Symbiosis
