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Las bacterias son capaces de tomar decisiones complejas

Un estudio afirma que pueden tomar decisiones más complejas de lo que se creía


A largo plazo, los investigadores piensan que científicos podrán usar los resultados publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (Proceedings of the National Academy of Sciences), y utilizarlos para adaptar los medicamentos en nuevas formas para combatir las bacterias perjudiciales, o se podrán encontrar nuevas formas para mejorar el uso de bacterias en aplicaciones agrícolas o de otro tipo.
En Biología típicamente se ve estudia la bacteria Escherichia coli como modelo para la capacidad de las bacterias a moverse activamente y de forma independiente, pero Gladys Alexandre, profesora asociada de bioquímica, biología celular y molecular en la Universidad de Tennessee de Knoxville, decidió investigar bacterias del suelo más complejas como lo es la Azospirillum brasilense.
"En cuanto a la capacidad de las bacterias para tomar decisiones, E. coli es una especie de bacteria ´tonta´, lo cual facilita a los investigadores a estudiar la detección y el procesamiento de la información, en esencia, la toma de decisiones, de esta bacteria", dijo Alexandre.
Ayuda a comprender la forma en que las bacterias "piensan". Sus células contienen una serie de receptores, y cada uno afecta a una cierta conducta o un rasgo de la bacteria, por ejemplo, dónde moverse, cómo funcionar e incluso para convertirse en virulenta. La llegada de la secuenciación genética significa que sabemos más acerca de cuantos receptores tienen las bacterias tienen muchos receptores, y mientras más receptores tienen, más sienten su entorno.
La bacteria de E. coli tiene tan sólo cinco receptores que orientan su toma de decisiones sobre el movimiento, mientras que Azospirillum brasilense tiene 48, lo que es comparativamente mucho más "inteligente" en su capacidad para detectar cambios en su entorno y, en consecuencia, toma decisiones de movimiento más complejas.
Lo que los científicos no saben y no han podido estudiar hasta ahora, es cómo los receptores individuales, mediante la detección de su medio ambiente, afectan directamente el comportamiento de las bacterias y su capacidad para adaptarse al medio ambiente. El estudio realizado por Alexandre es uno de los primeros en aislar y estudiar un receptor de esta manera.
La experta junto a sus colegas se centraron en un receptor que sospechaban que estaba relacionado con la manera en que las bacterias convierten el gas nitrógeno de la atmósfera en una forma de amonio que puede ser utilizado por todos los organismos. Esta capacidad se denomina fijación de nitrógeno y si bien es única en las bacterias, es de vital importancia para todos los organismos vivos, ya que es la forma en la que eventualmente se puede incorporar este elemento en la construcción de bloques celulares.
El proceso se lleva a cabo por una enzima que está dañada en la presencia de altas concentraciones de oxígeno, el cual presenta un dilema para la bacteria, ya que la energía necesaria para el proceso suele ser adquirida en la presencia de oxígeno.
Cuando Alexandre y su equipo crearon versiones mutantes de la bacteria sin el receptor, las bacterias mutantes no pudieron detectar donde estaba la posición correcta en la concentración del oxígeno, afectando la reacción de la fijación del nitrógeno. En otras palabras, las bacterias mutantes estaban como “ciegas" y no pudieron detectar la posición correcta, demostrándole a los investigadores que su corazonada sobre el propósito del receptor es correcta. Esto desencadenó más preguntas en los expertos, y ahora querían descubrir el propósito del receptor, ¿serían capaces de saber exactamente cómo funciona?
Para ello, se recurrió a la ayuda de un distinguido científico, Igor Jouline, del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, un experto en la realización de cálculos complejos de los sistemas biológicos, como la que rige el receptor de la investigación de Alexandre. Trabajando con datos provistos por Alexandre, Jouline fue capaz de generar un modelo de la estructura del receptor y compararlo con otras estructuras prácticamente átomo por átomo.
Esto les permitió predecir cuál de los más de 100 aminoácidos de la parte sensitiva del receptor es responsable de la detección de la concentración precisa de oxígeno que esta bacteria necesita para la fijación de nitrógeno. Es un proceso que, utilizando técnicas genéticas normales, habría tomado muchísimas horas de trabajo intensivo y recursos, pero fue más sencillo y menos intensivo mediante el uso de la informática.
Alexandre espera que otros científicos e investigadores puedan utilizar una técnica similar para observar los sitios de receptores en otras bacterias de interés. Señaló que la capacidad de trabajar con Jouline y los recursos disponibles mediante la asociación de la Universidad de Tennessee, Knoxville con el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, fue clave para su descubrimiento.
"La asociación con Igor nos proporcionó una gran comprensión", dijo Alexandre. "No hubiéramos sido capaz de entender completamente cómo funciona este receptor sin él".
Alexandre dice que existe un buen potencial a largo plazo, para el conocimiento adquirido durante el estudio.
"Ahora podemos ver que las bacterias son, a su manera, grandes pensadores y entendemos cómo ´sienten´; al saber cómo ´sienten´ el medio ambiente que les rodea, podemos ver nuevas y diferentes maneras de trabajar con ellas", finalizó la experta.

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